헬리컬 기어와 헤링본 기어의 차이점 - 2020 - 다른 사람

기계는 특정 작업을 수행하기 위해 지속적인 전원이 필요합니다. 대부분의 산업 기계는 회전 토크의 형태로 제공되는 기계적 동력에 의해 구동됩니다. 원동기는 다른 형태의 에너지를 변환하는 기계적 에너지를 생성하는 데 사용됩니다. 예를 들어 전기 모터는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환합니다. 기계적 동력 전달 시스템은 이러한 원동기에서 기계 장치의 의도된 위치로 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 기본적으로 4개의 드라이브가 포함됩니다. 그러나 중단 없는 전력 전송을 위해 다른 기계적 요소의 도움을 받습니다. 기어 구동, 벨트 구동, 체인 구동 및 로프 구동은 드라이버 샤프트에서 종동 샤프트로 모션, 토크 및 동력을 전달할 수 있는 4가지 기계식 드라이브입니다. 이 4개의 드라이브는 각각 기능이 다르므로 다른 드라이브에 비해 특정 이점을 제공할 수 있습니다.

기어 드라이브는 단거리 동력 전달에 적합한 하나의 맞물림 유형 강성 기계식 드라이브입니다. 미끄러짐 없이 무거운 힘을 전달할 수 있습니다(포지티브 드라이브). 드라이버와 종동축의 상대적인 방향과 톱니 모양에 따라 기어 드라이브는 스퍼 기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어 및 웜 기어의 4가지 그룹으로 분류할 수 있습니다. 평기어는 기어 축과 평행한 직선 톱니를 가진 가장 단순한 형태의 기어로 평행한 축 사이에서만 동력을 전달할 수 있습니다. 헬리컬 기어는 평행 샤프트에도 사용되지만 톱니는 기어 축과 평행하지 않습니다. 여기서 톱니는 동일한 나선 각도를 유지하면서 기어 블랭크에서 나선 형태로 절단됩니다. 베벨 기어는 직선 또는 나선형 톱니를 가질 수 있으며 교차 샤프트에 사용됩니다. 반면 웜 기어는 수직이지만 교차하지 않는 샤프트에 사용됩니다.

나선 기어 스퍼 기어에 비해 특정 이점을 제공하지만 베어링에 축방향 스러스트 하중을 부과합니다. 이 추력 부하는 유해하고 동력 전달 능력을 제한합니다. 또한 반경 방향 및 축 방향 하중을 견디기 위해서는 값비싸고 부피가 큰 베어링이 필요합니다. 그러나 이 스러스트 하중은 헤링본 또는 이중 헬리컬 기어를 사용하여 제거할 수 있습니다. 헤링본 기어 , 톱니는 동일한 모듈, 톱니 수 및 나선 각도를 유지하지만 나선의 반대 손을 유지하면서 기어 블랭크의 두 절반으로 절단됩니다. 따라서 헤링본 기어의 각 절반이 생성하는 추진력은 동일하고 반대이므로 서로를 제거합니다. 또한, 큰 문제 없이 비교적 높은 전력을 전달할 수 있습니다. 헬리컬 기어와 헤링본 기어의 다양한 차이점이 아래 표 형식으로 나와 있습니다.

표:헬리컬 기어와 헤링본 기어의 차이점

치아 프로필: 헬리컬 기어의 톱니는 피치 실린더에서 나선 형태로 절단됩니다. 특정 헬리컬 기어는 왼쪽 나선 톱니 또는 오른쪽 나선 톱니로 구성됩니다. 맞물릴 때 왼쪽 나선이 있는 헬리컬 기어는 오른쪽 나선이 있는 헬리컬 기어와만 짝을 이룰 수 있습니다. 반면에 헤링본 기어는 하나의 기어 유닛에 나선의 양손으로 구성됩니다. 각 헤링본 기어에는 두 개의 뚜렷한 반쪽이 있습니다. 한 쪽에는 왼쪽 나선 톱니가 있어야 하고 다른 반쪽에는 오른쪽 나선 톱니가 있어야 합니다. 피치 원 직경, 모듈, 톱니 수, 나선 각도 및 너비 또는 두께와 같은 기타 기능은 양쪽 절반에서 동일합니다. 유일한 차이점은 나선의 손입니다.

추력: 헬리컬 기어는 톱니에 점진적인 하중, 진동 감소, 하중 용량 증가, 수명 연장 등과 같은 평기어에 비해 많은 이점을 제공합니다. 주요 단점은 추력 하중입니다. 평기어의 톱니는 기어 축과 직선으로 평행을 이루기 때문에 한 쌍의 평기어가 맞물리면 레이디얼 하중만 발생합니다. 나선형 톱니 모양으로 인해 한 쌍의 헬리컬 기어가 반경 방향 하중과 축 방향 하중을 모두 유도합니다. 따라서 두 가지 유형의 하중을 동시에 지탱하려면 더 강한 베어링이 필요합니다. 헤링본 기어는 헬리컬 기어와 유사한 이점을 제공하는 동시에 추력을 제거합니다. 여기서 각 반쪽에서 생성되는 추진력은 동일하고 반대이므로(나선의 반대 방향으로 인해) 결과적인 추진력은 0이 됩니다. 따라서 한 쌍의 결합된 헤링본 기어는 베어링에 축방향 추력을 유발하지 않습니다(반경 방향 힘만 존재함).

나선 각도: 추진력은 톱니의 나선 각도에 따라 증가합니다. 그러나 더 높은 나선 각도는 진동과 톱니 마모를 크게 줄이고 하중 전달 능력을 증가시킬 수 있습니다. 이 추력은 헬리컬 기어의 경우 최대 나선 각도를 제한합니다. 일반적으로 20~25° 사이에서 유지됩니다. 그러나 헤링본 기어 설비에서 추진력이 없으면 최대 45°까지 더 높은 나선 각도를 사용합니다.

샤프트 장착용 베어링: 드라이버 및 종동 샤프트는 적절한 베어링을 사용하여 양쪽 끝에 장착됩니다. 샤프트를 지지하고 정확한 위치를 유지하는 것 외에도 베어링은 진동과 하중을 제거하고 프레임을 통해 지면으로 전달합니다. 회전 속도가 매우 빠르지 않는 한 일반적으로 구름 접촉 베어링이 기어 장치에 사용됩니다. 구름 접촉 베어링에는 다양한 유형이 있으며 그 중 일부는 레이디얼 하중에만 적합하고 일부는 축방향 하중에만 적합하며 일부는 레이디얼 및 스러스트 하중을 처리할 수 있습니다. 예를 들어 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 콘택트 베어링 및 테이퍼 롤러 베어링은 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 모두 처리할 수 있습니다. 따라서 이러한 베어링은 헬리컬 감속기에 사용할 수 있습니다. 반면에 원통형 롤러 베어링은 무거운 레이디얼 하중을 견딜 수 있으므로 헤링본 기어 유닛과 함께 사용할 수 있습니다.

전력 전송 용량: 모든 기계식 드라이브의 기본 기능은 드라이버 샤프트에서 피동 샤프트로 기계적 동력을 전달하는 것입니다. 다른 드라이브는 크기, 재료 및 기타 기능에 따라 다양한 수준의 전송 용량을 제공합니다. 헬리컬 기어의 전달 용량은 유사한 평 기어보다 비교적 높지만 일반적으로 중부하 작업에는 사용되지 않습니다. 베어링의 스러스트 하중과 가용성은 중부하 작업에서 한계를 부과합니다. 헤링본 기어와 이중 헬리컬 기어는 이러한 영역에 선호되는 선택입니다. 예를 들어, 헤링본 유성 기어 트레인(HPGT)은 석탄 절단기, 항공우주 엔진, 풍력 터빈 등과 같은 중장비에서 관찰할 수 있습니다.

기어 제작: 원통형 기어 블랭크에서 나선형 톱니를 절단하는 것은 어렵지 않습니다. 그러나, 치아 끝에 클리어런스가 존재하지 않을 때 문제가 발생한다. 평기어와 마찬가지로 헬리컬 기어 톱니도 피니언형 기어 성형 커터로 절단할 수 있습니다. 호빙은 헬리컬 기어 절단에도 사용할 수 있습니다. 그러나 헤링본 기어에서는 왼쪽과 오른쪽 절반 사이에 릴리프 갭이 없습니다. 따라서 이 접합부에서 치아를 절단하는 것은 다른 절반으로 넘어갈 위험이 있기 때문에 상당히 복잡합니다. 헤링본 기어와 맞물리는 홈이 있는 특수 호빙 커터가 필요합니다. 유지하려면 높은 수준의 위치 및 각도 정렬도 필요합니다.

헬리컬 기어와 헤링본 기어 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(제4판, 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)