로봇 시스템에서 사용되는 정밀 감속기 중에 사이클로이드 감속기는 높은 성능을 갖추고 있다. 이러한 사이클로이드 감속기를 설계하는 경우에는 많은 요소들을 고려해야 한다. 우선 기본 개념을 바탕으로 치형의 기하학적 분석이 그려져야만 한다. 그리고 기어의 이에 걸리는 하중과 스트레스, 수정계수를 정확히 계산하여야 한다. 마지막으로는 사이클로이드 치의 설계에 활용하기 위한 컴퓨터 소프트웨어는 기하학과 힙의 방정식을 기초로 발전할 필요가 있다. 이 논문에서 사이클로이드 감속기 설계 전문가 시스템은 비주얼C++를 사용하여 개발되어 진다. 그러므로 가장 중요한 요소는 사용자가 간단한 입력값을 넣음으로써 자동으로 구할 수 있다는 것이다.
로봇 시스템에서 사용되는 정밀 감속기 중에 사이클로이드 감속기는 높은 성능을 갖추고 있다. 이러한 사이클로이드 감속기를 설계하는 경우에는 많은 요소들을 고려해야 한다. 우선 기본 개념을 바탕으로 치형의 기하학적 분석이 그려져야만 한다. 그리고 기어의 이에 걸리는 하중과 스트레스, 수정계수를 정확히 계산하여야 한다. 마지막으로는 사이클로이드 치의 설계에 활용하기 위한 컴퓨터 소프트웨어는 기하학과 힙의 방정식을 기초로 발전할 필요가 있다. 이 논문에서 사이클로이드 감속기 설계 전문가 시스템은 비주얼C++를 사용하여 개발되어 진다. 그러므로 가장 중요한 요소는 사용자가 간단한 입력값을 넣음으로써 자동으로 구할 수 있다는 것이다.
Among the precision reduction gent drivers lot robot system, the cycloid reducer is well known for it's high performances. Designing this reducer, there are many factors which must be considered. First, a geometrical analysis of tooth shape must be drawn from the basic concept. Second, loads, stress...
Among the precision reduction gent drivers lot robot system, the cycloid reducer is well known for it's high performances. Designing this reducer, there are many factors which must be considered. First, a geometrical analysis of tooth shape must be drawn from the basic concept. Second, loads, stresses and modification factors on tooth should be calculated exactly. Finally, a computer software to optimize the design of cycloid tooth needs developing on the basis of the geometric and force equations. In this research, the expert system to design the cycloid reducer was developed using Visual C++ so, the most important factors can be obtained automatically as the user put the simple input data.
Among the precision reduction gent drivers lot robot system, the cycloid reducer is well known for it's high performances. Designing this reducer, there are many factors which must be considered. First, a geometrical analysis of tooth shape must be drawn from the basic concept. Second, loads, stresses and modification factors on tooth should be calculated exactly. Finally, a computer software to optimize the design of cycloid tooth needs developing on the basis of the geometric and force equations. In this research, the expert system to design the cycloid reducer was developed using Visual C++ so, the most important factors can be obtained automatically as the user put the simple input data.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
또 로봇용 cycloid 감속기는 위치 제어시의 전달오차를 최소화해야 하며 또한 관성의 영향을 적게 받도록 감속기 시스템의 강성이 커야 한다. 본 연구에서는 매니퓨레이터용 정밀감속기 중 대표적인 싸이클로이드 감속기의 설계 기술을 연구하고 시작품을 제작하여 특성의 측정 및 분석을 행함으로써 국산화에 기여할 수 있음을 그 목적으로 한다.
가설 설정
내기어에 핀의 접촉점의 탄성변형을 무시하고 원형을 그대로 유지한다고 가정하면 변위는 하중에 비례하게 된다.
제안 방법
각 핀에 분배되는 하중과 접촉응력, 그리고 베어링에 작용하는 하중을 계산하였다. 여기서 핀에 작용하는 최대하중과 최 대접촉응력을 계산하고 베어 링 에 작용방향을 결정하였다.
발생하지 않는 범위에서 치형을 설계하였다. 그리고 치형에 작용하는 하중과 접촉 응력식을 유도하고 베어링에 작용하는 하중을 구하고 수치해석을 행하였다.
곡률을 구하였다. 그리고 핀과 치형과의 접촉위치를 파악하기 위하여 치저점과 핀이 만나는 점을 기준으로 하고 이 때 다른 핀이 휠이 만나는 점을 계산하였다. 치 회전각을 2π/Zp 씩 증가시키면서 계산하면 핀과 휠이 접하는 위치를 구할 수 있게 된다.
수정계수를 0.0에서 1.0까지 0.02간격으로 변화시키면서 치형의 좌표를 계산하고 이때의 치형좌표의 곡률반경을 계산하고 이를 수정계수에 따른 피치원반경과 비교하여 치간섭을 체크하여 간섭이 일어나지 않는 범위에서 피치원과 편심량을 출력하였다.
수정계수에 따라 입력데이터를 결정하고 핀 중심의 궤적의 각 점에 대응하는 치형의 좌표를 계산하였으며 치형 각 점에서의 곡률을 구하였다. 그리고 핀과 치형과의 접촉위치를 파악하기 위하여 치저점과 핀이 만나는 점을 기준으로 하고 이 때 다른 핀이 휠이 만나는 점을 계산하였다.
싸이클로이드 감속기의 하우징반경, 핀의 반경, 핀의 개수, 휠의 개수, 수정계수, 강도계산을 위한 모멘트를 입력 데이터로 하였으며 이 중 수정계수는 별도의 프로그램을 통하여 선정을 한 후에 입력값을 정하도록 하였다. 그 밖에 접촉응력 계산시 필요한 휠의 두께, 탄성계수, 프와송비 등은 프로그램의 input routine에 포함시켰다[그림 8].
첫째, 싸이클로이드 감속기의 운동특성을 연구하여 싸이클로이드 치형 곡선식을 유도하고 수정계수를 정의하여 치간섭이 발생하지 않는 범위에서 치형을 설계하였다. 그리고 치형에 작용하는 하중과 접촉 응력식을 유도하고 베어링에 작용하는 하중을 구하고 수치해석을 행하였다.
성능/효과
둘째, 수치해석 결과 가장 큰 특징은 수정계수의 변화에 의하여 베어링의 수명이 급격히 감소하므로 이를 토대로 치간섭이 발생하지 않는 범위에서 가장 작은 값의 수정계수를 채택해야 한다.
셋째, 치형설계에 있어서 치간섭이 발생하지 않는 범위에서 치형을 설계하더라도 실제 제작에 있어서 하중과 접촉 응력점을 파악하여 하중과 응력이 집중되는 구간의 치형을 핀과 닿지 않도록 절삭하여 하중 및 응력의 분포를 달리 하여 치수명을 길게 할 수 있다.
후속연구
본 연구에서 설계하고자 하는 감속기는 니이들 로울러 베어링을 사용하기 때문에 베어링이 취약하게 되고 치형과 편심량의 정밀가공이 중요한 문제이기 때문에 수정계수를 치간섭이 일어나지 않는 범위에서 되도록 작게 선정하는 것이 바람직 하다.
참고문헌 (9)
Teijin Seiki, RV Series, Catalog, 1997
Peter Lynwander, Gear Driving Systems, Marcel Dekker, Inc., 1983
L. M. Sung and Y. C. Tsai, 'A Study on the Mathematical Models and Contact Ratio of Extended Cycloid and Cycloid Bevel Gear Sets,' Mech Mach Theory, Vol. 32. No 1. pp. 39-50, 1996
한국과학기술원 'Multi-functional Manupulator용 Torque Driver의 개발에 관한 연구,' 과학기술처, 1983
Geunho Lee, Modeling of Multi-Mesh Gear Dynamic Analysis based on Pseudo-Interference Stiffness Estimation, Thesis of Ph. D., University of Conneticut, 1997
Faydor L. Litvin, Gear Geometry and Applied Theory, Prentice-Hall, 1994
Nicolas P. Chironis, Gear Design and Application, McGraw-Hill, pp2-24, 196
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