[기계] 감속기란? 감속기의 원리와 종류 (Feat. 서보 모터)

기계쟁이입니다 2020. 6. 2.

안녕하세요.

오늘은 모터와 늘 함께 사용되는 감속기에 대해서 알아보겠습니다. 물론 안 쓰이는 경우도 있지만 규격화된 모터에 현장 상황에 맞는 회전을 구사하기 위해서 감속기는 필수적인 요소입니다. 모터의 용량과 감속기의 스펙을 정확히 알아야 알맞은 토크를 낼 수 있고 수명 또한 길어지게 됩니다.

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감속기란?
감속기의 원리
감속기의 종류

감속기란?

감속기란 일반적으로 동력원인 모터에 결합하며 출력 회전수를 감소시켜 높은 회전 출력 토크를 얻을 수 있도록 하는 모터 부속 부품입니다. 모터의 경우 규격품으로 항상 나오며 출력 회전수를 현상에 맞게 다양하게 조절할 수 없기 때문에 감속기로 조절을 해야 합니다.

쉽게 말해 작용하는 위치에 큰 힘이 필요하게 되면 입력 장치(모터)에서 들어오는 힘을 증폭시키는 작업(회전 출력 토크 증가)을 감속기가 해주게 됩니다. 대신에 속도는 줄어들게 됩니다.

감속기는 감속 비율을 고려하여 선정해야 할 뿐 아니라 출력토크, 백래시, 회전 정밀도, 모터의 취부 방법 등을 고려하여 선정해야 됩니다.

감속기의 원리

감속기의 원리는 구동축과 피동 축의 원주 속도는 항상 같은 것을 이용합니다. 구동축과 피동 축은 일반적으로 기어, 벨트, 체인에 걸려 돌아가게 됩니다.

구동축이 10을 돌면 피동 축도 10을 돌아야 정상이지만 구동축보다 피동 축의 직경이 크게 되면 피동 축은 10보다 적게 돌아야 원주 속도가 같게 됩니다. 이런 역할을 감속기가 해주게 됩니다.

10만큼 계속 도는 모터가 있다고 한다면 산업에서는 5만큼 도는 대신 2배의 큰 힘을 만들고 싶다 하면 감속 비율이 1/2인 감속기를 선택하시어 적용하면 됩니다.

감속기의 종류

유성 기어 감속기
웜 기어 감속기
사이크로 감속기
하모닉 감속기
무단 변속기
하이브리드 감속기

1. 유성 기어 감속기는 Sun Gear, Planetary Gear, Internal Gear로 구성이 되어 있습니다. 단위 체적당 동력 전달 비율이 매우 큰 제품 중 하나입니다. 일반적으로 같은 크기의 기어 감속기 대비 큰 동력을 전달할 수 있습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=ZvY-RfLazpY

또한, 구동축과 피동 축을 동심으로 할 수 있으며 다양한 감속 비 및 높은 동력 전달 효율을 갖고 있기에 일반산업용 감속기부터 공작기계, 자동차, 항공기 등 다양한 곳에 사용되고 있는 제품입니다.

유성 기어 감속기도 백래시에 따라 정밀급, 보통급이 있고 서보모터와 스텝 모터에 직결하여 위치 제어용으로 산업 현장에서 많이 사용되는 감속기 중 하나입니다.

내부에 기어가 있기 때문에 이물이 들어가는 것을 방지하는 씰이 존재하며 Gear의 크기 및 종류에 따라 감속 비율이 결정됩니다.

출처 : https://blog.naver.com/no1_devicemart/221795913748

2. 웜 기어 감속기는 상호 간에 직각으로 교차하지 않는 2축이 존재하는 감속기입니다. 큰 감속 비의 회전을 전동 하는 데 사용되는 기어 장치이면서 나사형 웜과 이것에 맞물리는 웜 휠로 이루어지고, 보통 나사형 웜에 동력을 입력하여 웜 휠로 회전 토크를 출력하는 방식으로 사용됩니다.

고감 속,고출력으로 연속 동력전달에 주로 사용된다. 백래시가 커 정밀 위치 제어용으로는 사용되지 않습니다. 하지만 최근에는 개량형으로 일정 수준의 위치결정 용도로 사용가능한 제품도 공급되고 있다.

3. 사이크로 감속기는 사이클로이드 치형의 기어를 이용한 감속기로 초고감속과 초고 토크에 사용됩니다. 특히 사이크로 감속기는 뛰어난 내구성을 자랑하고 있어 저속 회전의 산업계 중장비 등에 사용됩니다.

4. 하모닉 감속기는 강성체의 휨을 이용하여 유성치차 물림을 원리로 하는 감속기입니다. 기본 감속비가 크고, 백래시가

거의 없어 고강성, 고출력 등 기계장치의 소형화에 유리하게 사용되고 있습니다. 특히 초정밀 위치 기구, 다관절 로봇 축 구동부 등에 사용됩니다.

아래의 그림에서 빨간 부분이 점점 멀어지는데 이는 두 개의 기어가 유성치차 물림으로 회전 운동을 하여 멀어지게 됩니다. 안쪽의 기어에 입력을 하게 되고 밖의 기어가 출력을 하게 됩니다.

5. 무단 변속기는 마찰 간 회전 원주차이 원리를 이용한 감속기로 외부에 속도 조절장치가 있는 것이 특징입니다. 마찰 차로는 디스크, 원추, 볼 등을 이용하며 정확한 속도 제어와 토크 제어는 어렵습니다. 이 무단 변속기의 경우 내부에 토크 리미트를 내장하여 출력축의 과부하 방지 기능을 가지고 있습니다.