기계 산업은 정밀한 동작과 동력 전달을 달성하기 위해 다양한 기어 시스템에 의존합니다. 스트레인 웨이브 기어와 사이클로이드 기어는 각각 고유한 특성을 가진 두 가지 기술입니다.
이 글에서는 스트레인 웨이브와 사이클로이드 기어의 작동 원리를 탐구하고 백래시, 토크 용량, 정밀도의 차이점을 살펴봅니다. 충격 저항, 크기, 효율성, 비용에 대한 성능을 비교합니다. 또한 일반적인 응용 프로그램을 제공하고 각각의 비틀림 강성을 논의하여 이해를 돕습니다.
스트레인 웨이브 기어란 무엇인가
변형파 기어링(Strain wave gearing)은 파동 생성기라고 불리는 회전 타원형 플러그에 의해 변형된 유연한 스플라인을 사용하여 기어와 맞물리는 기계식 기어 시스템입니다. 내부 기어 단단한 원형 스플라인의 이빨. 이 독특한 동력 전달 방법은 백래시가 없고, 높은 것과 같은 뚜렷한 장점을 제공합니다. 기어비, 그리고 컴팩트한 사이즈.
A의 핵심 구성요소 스트레인 웨이브 기어 파동 발생기, 플렉스스플라인, 그리고 원형 스플라인이 있습니다. 파동 발생기는 볼 베어링이 장착된 타원형 디스크로, 플렉스스플라인 내부에 끼워져 타원형으로 변형됩니다. 플렉스스플라인은 원형 스플라인과 맞물리는 외부 톱니를 가진 얇고 유연한 원통입니다. 원형 스플라인은 내부 톱니를 가진 견고한 링입니다. 플렉스스플라인은 원형 스플라인보다 톱니 수가 약간 적어 기어가 높은 감속비를 얻을 수 있습니다.
사이클로이드 기어란 무엇인가
사이클로이드 기어는 회전하는 편심 캠 또는 디스크를 사용하여 일련의 핀 또는 롤러를 구동하여 속도를 줄이고 토크를 증가시키는 기어 시스템 유형입니다. 사이클로이드 구동의 중심 구성 요소는 일련의 로브가 있는 사이클로이드 디스크입니다. 이 디스크는 입력 샤프트에 편심적으로 장착됩니다. 입력 샤프트가 회전하면 사이클로이드 디스크가 흔들리고 이 동작은 출력 샤프트에 연결된 출력 롤러를 구동하는 데 사용됩니다. 출력 롤러는 사이클로이드 디스크의 구멍에 맞습니다. 이 구멍은 롤러보다 약간 더 크기 때문에 출력 샤프트를 구동하는 데 필요한 동작을 할 수 있습니다. 사이클로이드 기어의 고유한 설계로 인해 높은 효율, 낮은 백래시 및 높은 충격 하중을 견딜 수 있습니다.
스트레인 웨이브 기어와 사이클로이드 기어의 차이점
작동 원리
스트레인 웨이브 기어는 플렉스스플라인의 탄성 변형을 기반으로 작동합니다. 웨이브 제너레이터는 플렉스스플라인을 타원형 모양으로 변형시켜 주요 축을 따라 두 지점에서 원형 스플라인과 맞물립니다. 웨이브 제너레이터가 회전하면 맞물림 지점이 이동하고 플렉스스플라인과 원형 스플라인 사이의 이빨 차이로 인해 출력 속도가 감소하고 토크가 증가합니다.
반면 사이클로이드 기어는 입력 샤프트에 편심적으로 장착된 사이클로이드 디스크를 사용합니다. 이 디스크는 입력 샤프트가 회전할 때 흔들리며 디스크 내의 출력 롤러를 구동하여 출력 샤프트를 회전시킵니다. 이 동작은 편심 운동이 특징이며 회전 입력을 감소된 회전 출력으로 변환합니다.
반발
스트레인 웨이브 기어는 백래시가 매우 낮거나 0인 것으로 알려져 있습니다. 이는 기어 이빨이 항상 주축을 따라 있는 영역에서 완전히 맞물리기 때문입니다. 일부 제조업체는 스트레인 웨이브 기어가 백래시가 절대 0이라고 주장합니다.
사이클로이드 기어는 백래시를 전혀 구현할 수는 없지만 일반적으로 매우 낮은 백래시를 제공합니다. 하지만 일반적으로 스트레인파 기어보다 백래시가 높습니다.
토크 용량
스트레인 웨이브 기어는 특히 소형 크기와 무게를 고려할 때 높은 수준의 토크를 전달할 수 있습니다. 높은 토크 대 중량 비율을 제공하여 소형 패키지에서 강력한 토크 출력이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 일부 정밀 스트레인 웨이브 기어는 10Nm에서 7000Nm 이상의 정격 토크를 처리할 수 있습니다.
사이클로이드 기어는 높은 토크 용량으로도 잘 알려져 있으며, 매우 높은 하중 적용 분야에서 스트레인 웨이브 기어보다 우수한 것으로 간주됩니다. 사이클로이드 디스크의 견고한 설계와 여러 지점에 응력을 분산하는 능력 덕분에 무거운 하중과 충격력을 더 효과적으로 처리할 수 있습니다.
Precision
스트레인파 기어는 기어 이빨의 지속적인 맞물림과 백래시가 없기 때문에 높은 정밀도와 반복성을 가진 것으로 알려져 있습니다.
사이클로이드 기어도 좋은 정밀도를 제공하는데, 특히 백래시가 낮아 위치 정확도가 높습니다. 그러나 더 복잡한 형상과 핀 롤러 시스템 때문에 스트레인 웨이브 기어보다 정밀도가 약간 낮은 것으로 간주되는 경우가 있습니다.
충격 저항
스트레인 웨이브 기어는 여러 개의 이빨이 동시에 맞물리고 플렉스스플라인의 탄성적 특성으로 인해 충격 저항성이 좋습니다. 그러나 사이클로이드 기어와 비교할 때 일반적으로 매우 높은 하중이나 상당한 충격력이 있는 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 일부 스트레인 웨이브 기어는 충격 저항 등급이 300m/s²입니다.
사이클로이드 기어는 뛰어난 충격 저항성으로 유명합니다. 견고한 사이클로이드 디스크와 여러 접촉점을 갖춘 이 디자인은 갑작스럽거나 불규칙한 힘을 견딜 수 있습니다. 핀과 기어 구조는 연속적이고 분산된 동력 전달 접촉을 유지하여 일부 변형은 정격 토크의 4배에 달하는 순간적인 노출을 견딜 수 있습니다.
크기와 무게
스트레인파 기어는 작은 폼 팩터에서 높은 기어 감속비를 허용하는 설계 덕분에 매우 컴팩트하고 가볍습니다. 기어의 크기와 무게는 감속비에 따라 달라지지 않습니다. 따라서 공간이 제한된 애플리케이션에 적합합니다.
사이클로이드 기어는 일반적으로 더 견고하고 유사한 토크 용량의 스트레인파 기어와 비교했을 때 더 크고 무거울 수 있지만, 성능에 비해 여전히 작은 설치 면적을 제공합니다.
효율성:
스트레인 웨이브 기어는 높은 효율을 특징으로 하며, 종종 공칭 작동에서 최대 85%에 이릅니다. 이는 주로 플렉스스플라인의 매끄러운 롤링 모션으로 인해 마모와 파손이 최소화되기 때문입니다. 이빨은 거의 순수한 방사형 모션과 접촉하며, 높은 입력 속도에서도 본질적으로 슬라이딩 속도가 XNUMX입니다.
사이클로이드 기어는 효율성이 좋으며, 단일 단계 효율성은 93%에 가깝고 이중 단계 효율성은 약 86%입니다. 편심 운동과 여러 접촉 지점으로 인해 효율성이 스트레인 웨이브 기어보다 약간 낮을 수 있지만, 이는 뛰어난 내구성과 토크 용량으로 보상됩니다.
비용
스트레인 웨이브 기어는 복잡한 제조 공정과 관련된 정밀한 구성 요소, 특히 플렉스스플라인과 웨이브 제너레이터로 인해 더 비쌀 수 있습니다. 비용 요인에는 구성 요소의 고정밀 가공과 건설에 사용된 재료가 포함됩니다.
사이클로이드 기어는 일반적으로 스트레인파 기어보다 제조 비용 효율성이 높습니다. 설계가 덜 복잡하고 동일한 수준의 정밀도가 필요하지 않기 때문입니다.
전형적인 신청
스트레인파 기어는 로봇, 항공우주, 의료 장비 및 고정밀 산업 기계에 일반적으로 사용됩니다. 이들은 종종 정밀한 위치 지정이 중요한 로봇 팔, 위성 메커니즘 및 높은 감속비, 제로 백래시 및 소형 크기가 필수적인 기타 응용 분야에서 발견됩니다.
사이클로이드 기어는 컨베이어 시스템과 같은 중공업 분야와 높은 토크와 충격 저항이 필요한 로봇 분야에서 자주 사용됩니다. 또한 공작 기계, 자동화 시스템 및 안정적이고 견고한 동력 전달이 필요한 기타 분야에서도 사용됩니다.
비틀림 강성
비틀림 강성은 입력이 차단되고 토크가 적용될 때 출력에서 비틀림 각도를 측정하여 결정됩니다. 스트레인 웨이브 기어는 특히 특정 설계에서 높은 비틀림 강성을 제공하며, 이는 하중 하에서 위치 정확도를 유지하는 데 중요합니다. 일부 스트레인 웨이브 기어는 다른 스트레인 웨이브 기어에 비해 비틀림 강성이 두 배일 수 있습니다.
사이클로이드 기어는 견고한 구조와 여러 접촉점으로 인해 좋은 비틀림 강성을 가지고 있습니다. 사이클로이드 디스크와 롤러의 설계는 입력과 출력 사이에 안정적이고 견고한 연결을 제공하여 비틀림 변형을 최소화합니다.
