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다물체 모델링을 이용한 외륜 고정형 Cycloid 감속기의 Offset에 의한 핀반력 및 진동차이 분석
Multibody modeling and Analysis on Difference of Pin-reaction Force and Vibration caused by Offset in Fixed Outer Ring Type Cycloidal Speed Reducer 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.22 no.11, 2012년, pp.1057 - 1063  

김홍기 (School of Mechanical Engineering Hanyang University) ,  이기복 (School of Mechanical Engineering Hanyang University) ,  유홍희 (School of Mechanical Engineering Hanyang University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A cycloid speed reducer is a type of the speed reducers. The cycloid speed reducer has a eccentric rotating motion and offset to avoid some problem of assembly, so it has a disadvantage for vibration. In this paper, a multi-body dynamic model is developed for a cycloid speed reducer and the dynamic ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 10과 같이 모터축에 해당하는 유한요소모델을 추가하여 해석을 수행하였다. 베어링과 pin도 실제로는 탄성체이지만 베어링과 같이 구속되어 회전하고 반력이 최종적으로 작용하는 부품이 모터축이므로 이 연구에서는 모터축만을 유한요소로 모델링하였다. 해석결과 0.
  • 사이클로이드 기어는 CAD프로그램을 이용하여 옵셋전과 후의 기어를 각각 설계하고 Recurdyn을 이용하여 각 부품들을 강체로 구성하였다. 해석시 옵셋이 적용되는 사이클로이드 기어를 제외한 부품은 모두 동일한 모델을 사용하였다.
  • 사이클로이드 기어의 회전시 베어링의 진동량을 알아보기 위해 Fig. 10과 같이 모터축에 해당하는 유한요소모델을 추가하여 해석을 수행하였다. 베어링과 pin도 실제로는 탄성체이지만 베어링과 같이 구속되어 회전하고 반력이 최종적으로 작용하는 부품이 모터축이므로 이 연구에서는 모터축만을 유한요소로 모델링하였다.
  • 이 논문에서는 상용 다물체 동역학 해석 프로그램인 Recurdyn을 이용하여 이론적인 사이클로이드 치형과 offset된 치형을 각각 모델링하고 해석을 수행하여 각 치형에 작용하는 힘과 회전운동에 의한 진동특성을 비교·분석하였다.
  • 이론적으로 사이클로이드 기어는 기어 전 잇수에 걸쳐서 내치인 핀에 걸처서 접촉을 하지만 실 제품의 조립 및 제작의 어려움으로 이론적인 곡선보다 일정한 옵셋만큼 작게 만들어 치형을 제작한다. 이 논문에서는 옵셋에 의한 차이를 알아보기 위해 이론적인 치형과 0.04 mm, 0.1 mm, 0.2 mm로 적용된 사이클로이드 기어를 Fig. 2에서 보는 바와 같이 사용하였다.
  • 이 연구에서는 상용 다물체 동역학 해석 프로그램인 Recurdyn을 사용하여 사이클로이드 감속기를 다물체 시스템으로 모델링하였고 부하가 작용할 시각 치형에 걸리는 반력을 구하여 평형 방정식으로 구한 값과 비교해 보았다. 그 결과 offset이 적용되지 않은 이론적인 사이클로이드 기어의 반력은 해석 결과와 계산된 결과가 유사함을 확인하였고 offset이 커질수록 하중을 담당하는 접촉핀의 개수가 줄어들고 하나의 치형이 담당하는 하중과 베어링에 걸리는 하중 및 변위도 Fig.

대상 데이터

  • 이 논문에서 다루는 사이클로이드 감속기는 감속비가 49이고 Fig. 1에서 보는 바와 같이 크게 고정부인 아우터 기어가 되는 하우징, 사이클로이드 기어, 편심베어링, 핀 쉐프트, 출력부인 아웃풋 쉐프트로 구성이 되어 있다. 사이클로이드 감속기의 제원은 Table 1에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내접 유성식 감속기의 대표적인 제품은 무엇인가? 성능 요구조건을 충족시키기 위해서는 감속장치의 저백래시, 고감속비와 소형 경량화 특성이 요구되는데 이를 만족할 수 있는 정밀 감속기는 여러 종류가 있으나 그 중 주로 사용하는 것은 내접 유성식 감속기와 주속식 감속기로 나눌 수 있다. 내접 유성식 감속기의 대표적인 제품이 사이클로이드 감속기이다.
사이클로이드 감속기는 무엇으로 구성되는가? 사이클로이드 감속기는 기본적으로 하우징 내경부위에 장착된 핀으로 구성된 내 기어, 편심운동을 발생시키는 입력부, 편심운동과 회전운동을 하는 사이클로이드 기어, 그리고 감속된 회전을 출력하는 출력부로 구성된다. 사이클로이드 감속기의 감속비는 내기어와 사이클로이드 기어의 치수차에 의하여 결정되므로 큰 감속비를 용이하게 얻을 수 있고 작은 공간을 차지하며, 치간섭 없이 정확한 접촉에 의해 운동을 전달하므로 정밀한 회전운동의 전달이 가능하다.
사이클로이드 감속기가 진동 및 소음성능이 좋지 못한 이유는 무엇인가? 사이클로이드 감속기의 감속비는 내기어와 사이클로이드 기어의 치수차에 의하여 결정되므로 큰 감속비를 용이하게 얻을 수 있고 작은 공간을 차지하며, 치간섭 없이 정확한 접촉에 의해 운동을 전달하므로 정밀한 회전운동의 전달이 가능하다. 그러나 사이클로이드 치형의 형상설계가 난해하고 외기어인 사이클로이드 기어가 편심운동을 하기 때문에 진동 및 소음성능이 좋지 못하다.
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참고문헌 (10)

  1. Litvin, F. L., 1994, Gear Geometry and Applied Theory, Prentice-Hall Inc. 

  2. Litvin, F. L. and Feng, P. H., 1995, Computerized Design and Generation of Cycloidal Gearing, ASME, Design Engineering Technical Conferences, Vol. 1, pp. 537-543. 

  3. Shin, J. H., Yoon, H. E. and Kang, D. W., 2001, Study on Shape Design Method of Cycloidal Plate Gear, Journal of the KSME(A), Vol. 25, No. 2, pp. 70-80. 

  4. Lee, S. Y., Park, J. S., Ahn, H. J., Han, D. C., 2005, Torsional Stiffness Analysis of a Cycloid Reducer using Hertz Contact Theory, Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference, pp. 816- 821. 

  5. Kim, W. H. and Chung, J. T., 2004, A Study on the Noise and Vibration Diagnostic of the Industrial Robot Reducer, Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference, pp. 875-878. 

  6. Chung, J. T., Hong, I. H. and Yoon, A. S., 2007, An Experimental Study on the Noise Identification of a Planocentric Gear Reducer, Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference, pp. 697-701. 

  7. Lee, S. C., Oh, P. K. and Kwon, O. K., 1987, A Study on the Design of Planocentric Torque Driver used in Industrial Robot, Journal of the KSLE, Vol. 3, No. 2, pp. 72-80. 

  8. Oh, P. K., Kim, C. H., Lee, S. C. and Han, H. D., 1987, A Study on the Development of the Torque Driver for Multi-functional Manipulators, Ministry of Science and Technology. 

  9. Recurdyn Solver Theoretical Manual 5th revision, 2005, Functionbay Inc. 

  10. Recurdyn Solver Theoretical Manual 7th revision, 2011, Functionbay Inc. 

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