평 기어와 헬리컬 기어의 차이점 - 2020 - 다른 사람

기계식 드라이브는 구동축(예:원동기)에서 종동축(예:기계 장치)으로 모션, 토크 및 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 네 가지 기계식 드라이브, 즉 기어 드라이브, 벨트 드라이브, 체인 드라이브 및 로프 드라이브가 있습니다. 벨트 구동(마찰 구동)과 달리 기어 구동은 하나의 맞물림 구동으로 두 기어의 톱니가 연속적으로 맞물렸다가 풀림으로써 동력 전달이 발생함을 나타냅니다. 또한 두 기어 사이에 중간 유연한 요소가 없기 때문에 견고한 드라이브입니다. 여기서 드라이버 기어는 해당 피동 기어와 직접 짝을 이루므로 짧은 거리의 동력 전달에 적합합니다. 그러나 동력 전달 능력이 매우 높고 광범위한 감속(1단에서 1:1에서 1:100)을 제공할 수 있습니다. 또한 본질적으로 슬립, 크리프 또는 다각형 효과가 없기 때문에 일정한 속도 비율을 제공할 수 있습니다.

기어는 평 기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어 및 웜 기어의 4가지 기본 그룹으로 분류할 수 있습니다. 이러한 각 기어에는 특정 기능이 있으며 다른 기어에 비해 특정 이점을 제공할 수 있습니다. 스퍼 기어 병렬 드라이버와 종동 샤프트 사이의 움직임과 동력을 전달하는 데 사용되는 가장 간단한 것입니다. 기어 축과 평행한 직선 톱니가 있습니다. 헬리컬 기어라고 하는 또 다른 유사한 기어 , 평행 샤프트에도 사용됩니다. 그러나 이빨은 원통형 블랭크 위에 나선 형태로 절단됩니다. 반면에 베벨 기어는 수직일 수도 있고 수직이 아닐 수도 있는 교차 샤프트에 사용됩니다. 기어 축을 따라 톱니가 있거나(직선 톱니 베벨 기어) 나선형 형태(나선 톱니 베벨 기어)가 있을 수 있습니다. 웜 기어는 수직이지만 교차하지 않는 샤프트에 사용됩니다.

평 기어와 헬리컬 기어는 모두 평행 샤프트용이지만 각각 톱니 방향이 다르고 다른 응용 분야에 적합합니다. 스퍼 기어의 경우 , 맞물리는 기어의 이빨이 갑자기 닿습니다. 따라서 치아는 충격 또는 충격 하중을 받습니다. 진동을 유발하고 기어의 수명을 단축시킵니다. 나선형 형태의 치아는 이 문제를 해결할 수 있습니다. 두 개의 결합 헬리컬 기어에서 , 치아가 서서히 맞물리므로 충격이나 충격이 가해지지 않습니다. 비교적 높은 하중을 견딜 수 있습니다. 또한 더 높은 속도 감소를 제공합니다. 방사형 하중만 부과하는 평기어와 달리 헬리컬 기어는 베어링에 방사형 및 축방향 하중을 모두 가합니다. 평기어와 헬리컬기어의 다양한 차이점이 아래 표 형식으로 나와 있습니다.

표:평 기어와 헬리컬 기어의 차이점

기어 톱니 구성: 평 기어와 헬리컬 기어의 명백한 차이점은 톱니 모양입니다. 평기어는 기어 축과 평행한 직선 톱니를 가지고 있습니다. 직선 베벨 기어도 기어 축을 따라 방향이 지정된 직선 톱니가 있지만 기어 축과 평행하지 않습니다(경사되어 교차함). 이름에서 알 수 있듯이 헬리컬 기어에는 피치 실린더에서 절단된 나선 형태의 톱니가 있습니다. 헬리컬 기어는 왼쪽 나선 또는 오른쪽 나선을 가질 수 있습니다. 나선 각도는 기어마다 다를 수 있습니다. 일반적으로 15 – 25° 사이에 있습니다. 그러나 이중 나선 또는 헤링본 기어의 경우 더 높은 나선 각도(최대 45°)를 사용할 수 있습니다.

하중의 특성 및 해당 베어링: 두 기어가 결합되는 동안 베어링은 토크와 힘을 경험하고 궁극적으로 지면으로 전달됩니다. 이러한 힘의 방향과 강도는 회전 속도와 톱니 모양에 따라 다릅니다. 일부 베어링은 레이디얼 하중만 효율적으로 처리할 수 있기 때문에 일부는 스러스트 하중만 처리할 수 있고 일부는 두 하중을 모두 처리할 수 있으므로 이러한 힘의 특성과 강도에 따라 적절한 베어링을 선택해야 합니다. 직선 톱니 때문에 평 기어는 베어링에 반경 방향 하중만 가합니다. 따라서 더 저렴한 원통형 롤러 베어링을 사용할 수 있습니다. 반면에 헬리컬 기어는 베어링에 상당한 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 가합니다. 따라서 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 콘택트 베어링 및 테이퍼 롤러 베어링을 사용할 수 있습니다. 이러한 베어링은 축 방향 및 반경 방향 하중을 모두 처리할 수 있기 때문입니다.

드라이버 및 피동 샤프트의 방향: 다른 기계식 드라이브(벨트 또는 체인 드라이브와 같은)에 비해 기어 드라이브의 기본적인 장점 중 하나는 평행하지 않은 샤프트에 사용할 수 있다는 것입니다. 그러나 여러 유형의 기어가 다양한 방향의 드라이버 및 종동축에 적합합니다. 평 기어와 헬리컬 기어는 모두 평행 샤프트에 압도적으로 사용됩니다. 반면, 베벨 기어는 교차하는 샤프트에 사용할 수 있고 웜 기어는 수직으로 교차하지 않는 샤프트에 사용할 수 있습니다. 수직 샤프트 사이에 동력을 전달하는 데 사용할 수 있는 교차 헬리컬 기어라고 하는 특정 유형의 헬리컬 기어가 있습니다. 이것은 웜 기어와 매우 유사합니다. 그러나 교차 헬리컬 기어는 고속 감속을 제공할 수 없습니다. 일반적으로 1:1 ~ 1:2 속도 비율에 적합합니다(웜 기어의 1:15 ~ 1:100에 비해). 많은 제한 사항으로 인해 응용 프로그램도 제한됩니다.

교합 치아 사이의 접촉 시나리오: 평기어는 기어 축과 평행한 직선 톱니를 가지고 있습니다. 두 개의 결합 기어도 평행 샤프트에 장착됩니다. 따라서 짝을 이루는 두 평기어의 톱니가 갑자기 접촉하고 접촉은 항상 톱니면 너비와 동일한 길이의 선입니다. 이에 반해 헬리컬 기어는 헬리컬 톱니가 있어 평행한 축에 장착됩니다. 따라서 두 개의 짝을 이루는 헬리컬 기어의 톱니가 점진적으로 접촉합니다. 그들의 교전은 한 점에서 시작하여 선이 되고 점차 점으로 멀어집니다. 따라서 접촉 길이가 일정하지 않습니다.

충격 하중, 진동 및 소음: 2개의 평기어가 맞물리는 톱니가 갑자기 맞닿아 충격이나 충격하중을 받게 됩니다. 이것은 또한 때때로 최대 허용 작동 속도에 제한을 가하는 상당한 진동과 소음을 발생시킵니다. 반대로, 맞물리는 치아 사이의 점진적인 접촉은 치아에 점진적인 하중을 가하고 진동과 소음을 낮춥니다. 따라서 헬리컬 기어는 큰 문제 없이 더 높은 속도로 사용될 수 있습니다.

기어 톱니 절단: 직선 치아를 절단하는 것은 나선형 치아를 절단하는 것보다 비교적 쉽습니다. 기어 밀링 또는 기어 호빙을 사용하여 스퍼 및 헬리컬 기어의 톱니를 절단할 수 있습니다. 밀링에서는 평기어의 톱니를 절단하는 데 두 개의 동시 동작만 필요합니다. 그러나 헬리컬 기어의 톱니를 절단하려면 3개의 동시 동작이 필요합니다.

평기어와 헬리컬기어 사이의 과학적 비교가 이 기사에서 제시됩니다. 저자는 또한 주제에 대한 더 나은 이해를 위해 다음 참조를 검토할 것을 제안합니다.

1. V. B. Bhandari의 기계 요소 설계(4판, McGraw Hill Education)
2. R. L. Norton의 기계 설계(5판, Pearson Education).
3. R. S. Khurmi와 J. K. Gupta의 기계 설계 교과서(S. Chand, 2014)