산업기술
산업 제조
엔진의 중요한 부분인 기어는 기계의 토크와 속도를 변화시키는 기계 장치입니다. 단순한 형태에서 복잡한 형태에 이르기까지 구체적인 요구사항과 사양을 가진 다양한 유형의 기어가 있습니다.
종종 여러 기어가 복잡한 기계를 형성하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 예를 들어, 기어는 시계 바늘의 속도를 조절하는 시계와 같은 단순한 기계에 있습니다. 이 도움말에서는 다양한 기계식 기어와 그 응용 분야에 대해 설명합니다. 계속 읽어봅시다.
기어는 토크와 속도 전달을 가능하게 하는 톱니가 있는 회전 기계 장치입니다. 종종 기계식 기어는 몸 주위에 톱니 세트가 있는 원통형입니다. 두 개 이상의 기어가 동기화되어 작동하면 변속기에 있는 것입니다. 동력 전달은 속도나 토크의 변화로 이어지는 것입니다.
역학에서 기어를 다양한 클래스로 그룹화하는 것은 톱니 구성, 사용 및 동작 방향에 따라 다릅니다. 다음은 가장 중요한 기어 종류입니다.
평기어는 두 축(구동축과 피동축)이 평행할 때 같은 평면에서 동력을 전달합니다. 평 기어의 톱니는 샤프트 축과 평행합니다. 따라서 다른 평기어와 맞물리면 평행축으로 동력을 전달한다. 자동차, 컨베이어 시스템, 기어 펌프 및 모터, 감속기 등에 적용되는 가장 일반적인 형태의 기어입니다.
헬리컬 기어는 평행한 평 기어와 달리 샤프트에 비스듬히 위치한 톱니가 있습니다. 그들은 전송 중에 여러 개의 치아가 접촉합니다. 결과적으로 헬리컬 기계식 기어는 더 큰 하중을 전달할 수 있습니다. 또한 부하가 더 잘 분산되므로 소음과 진동이 적습니다. 또한 마찰이 적기 때문에 마모가 적습니다. 다양한 헬리컬 기어 유형이 아래에 표시됩니다.
단일 헬리컬 기어에는 왼쪽 나선 또는 오른쪽 나선에 톱니가 있습니다. 그러나 이중 나선 기어는 양방향에 톱니가 있습니다. 이중 헬리컬 기어에는 두 개의 헬리컬 면이 서로 옆에 있고 그 사이에 공간이 있습니다. 면은 동일하지만 나선 각도가 반대입니다. 이중 헬리컬 기어를 사용하면 톱니가 더 많이 겹쳐져 전달이 더 원활해집니다.
이 세트는 이중 나선형 기어와 매우 유사합니다. 그러나 그들은 더 작고 두 나선형 면 사이에 공간이 없습니다. 헤링본 기어에는 두 개의 헬리컬 기어가 나란히 연결되어 있습니다. 높은 생산 비용과 제조상의 어려움으로 인해 흔하지는 않지만 진동 및 충격이 큰 응용 분야에 더 적합합니다.
나사 기어는 45도의 비틀림 각도로 작동하는 한 쌍의 헬리컬 기어입니다. 그들은 평행하지 않고 교차하지 않는 샤프트에서 발생합니다. 단일 톱니 접촉으로 인해 하중 운반 능력이 낮습니다. 따라서 이러한 기어는 큰 동력을 전달하는 데 적합하지 않습니다.
베벨 기어는 원뿔 모양이며 원뿔 주위에 톱니가 있습니다. 그들은 수직 샤프트 사이에 힘을 전달합니다. 직각(90도)으로 교차하는 샤프트입니다. 그러나 베벨기어는 고가이고 평행축 구성과 같이 크기당 큰 토크를 전달하지 못한다.
직선형 베벨 기어는 베벨 기어 톱니의 가장 일반적인 구성입니다. 그 이유는 디자인의 단순성과 제조 용이성 때문입니다. 곧은 베벨 톱니는 적절하게 맞물릴 때 점차적으로가 아니라 한 번에 함께 맞물립니다. 직선 베벨 기어 유형의 피치 표면은 끝으로 갈수록 가늘어지는 직선 톱니가 있는 원추형입니다.
스파이럴 베벨 기계식 기어는 톱니 라인이 곡선으로 되어 있으며 직선 베벨 기어보다 톱니 접촉 비율이 더 좋습니다. 따라서 효율과 강도가 우수하고 진동과 소음이 적습니다. 그러나 제조상의 어려움이 있습니다.
Zerol® 베벨 기어는 Gleason Co.의 등록 상표입니다. 기어는 곡선 톱니가 있는 직선 및 나선형 베벨 기어의 기능을 모두 채택합니다. 따라서 기어는 두 가지 용도에 모두 적합합니다. 그러나 비틀림 각도가 0이므로 치아가 어느 방향으로든 회전할 수 있습니다.
마이터 기어는 톱니 수가 같은 특별한 유형의 베벨 기어입니다. 그들은 샤프트가 서로 90도 위치에 있으며 이러한 기어는 속도에 영향을 미치지 않고 동력 전달을 변경합니다. 마이터 기어는 기어비가 1이기 때문에 고유합니다. 반면에 다른 베벨 기어는 10:1에서 500:1 사이의 비율을 가질 수 있습니다.
페이스 기어라고도 하는 크라운 기어도 톱니가 휠의 면과 직각을 이루고 있습니다. 그들은 90도의 피치 콘을 가지고 있습니다. 산업 분야에서 크라운 기어는 다른 베벨 기어 또는 평기어와 맞물려 동력 순환 운동을 합니다.
하이포이드 기어는 나선형 베벨 기어와 유사하게 보이지만 교차하지 않는 샤프트에서 작동합니다. 그들은 90도에서 작동하며 자동차 분야에서 일반적입니다. 차량 차축에서 이러한 기어를 볼 수 있습니다.
웜기어는 샤프트에 나사 모양으로 절단된 부분(웜)과 짝을 이루는 기어(웜 휠)로 구성됩니다. 이 기어 유형은 직각을 이루는 교차하지 않는 샤프트에 동력을 전달합니다. 기어 유형은 마찰이 적고 부드럽고 조용한 회전으로 슬라이딩 접촉하여 작동합니다. 따라서 충격이 심한 응용 분야에 적합합니다. 그러나 효율성이 낮아 저전력 애플리케이션으로 사용이 제한됩니다.
랙 및 피니언 기어는 종종 쌍으로 발생합니다. 두 개의 원형 기어, 즉 선형 기어와 맞물리는 피니언(랙)으로 구성됩니다. 그들은 회전 운동을 선형으로 변환합니다. 이러한 기어는 자동차의 조향 시스템에서 일반적입니다. 랙 및 피니언 기어 시스템은 직선 또는 헬리컬 기어를 사용할 수 있습니다. 랙 및 피니언 기어의 주요 응용 분야는 자동차 조향 장치입니다.
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| 기어 유형 | 특성 | 응용 프로그램 |
| 스퍼 기어 | 아. 가장 일반적인 형태의 기어. 비. 제조하기 쉽습니다. 씨. 평행 축 기어 구성에 사용합니다. 디. 원형 기어 본체. | 아. 시계 비. 소형 컨베이어 씨. 자동차 |
| 헬리컬 기어 | 아. 원형 기어 본체. 비. 효율은 평 기어보다 낮습니다. 씨. 병렬 축 구성. 더 적은 소음으로 더 부드러운 작동. | 아. 워터 펌프 비. 믹서 씨. 자동차 |
| 베벨 기어 | 아. 원추형 기어 본체. 비. 교차 축 구성. 씨. 직선형, 나선형 및 Zerol® 경사 디자인이 존재합니다. | 아. 믹서 비. 급수 시스템 씨. 크러셔 |
| 웜 기어 | 아. 기어 쌍은 원형 및 나사 기어로 구성됩니다. 비. 낮은 효율성. 씨. 평행하지 않고 교차하지 않는 구성. | 아. 농기계 비. 소형 컨베이어 |
| 랙 및 피니언 기어 | 아. 기어 쌍은 기어 랙과 원통형 기어로 구성됩니다. 비. 평행 축 구성. 씨. 회전 운동을 직선 운동으로 또는 그 반대로 변경합니다. | 아. 자동차 스티어링 비. 체중계 |
아래에서는 기어 디자인에 영향을 미치는 기본 기어 매개변수에 대해 설명합니다.
대부분의 기어는 원형이며 원통형 몸체 주위에 톱니가 정렬되어 있습니다. 그러나 그들은 또한 원추형, 타원형, 정사각형 및 삼각형 형태로 발생합니다. 원형 기어 시스템은 회전 속도와 토크에 대해 일정한 기어비가 있습니다. 따라서 유사한 입력은 동일한 속도와 토크 출력을 생성합니다. 그 반대는 비원형 기어 유형에 존재하는 것입니다. 결과적으로 속도 변경 및 역방향 모션과 같은 특수한 불규칙한 모션 요구 사항을 수행할 수 있습니다.
모듈은 밀리미터 단위의 기어 톱니 크기를 나타냅니다. 따라서 모듈은 기어 톱니의 크기와 직접적인 관련이 있습니다. 기어링에서 주의해야 할 중요한 매개변수입니다. 모듈은 피치 직경을 기어의 잇수로 나눈 값입니다. 수학적으로 다음과 같습니다.
모듈 =피치 직경 / 톱니 수.
그러나 산업용 애플리케이션에서 발생하는 방식을 따르는 모듈에 대한 공통 값이 있습니다.
기어 축 구성은 평행, 교차 및 비평행(또는 비교차)의 세 가지 형태입니다. 평행 축을 가진 기어는 반대 방향으로 회전하는 샤프트와 평행하게 발생합니다. 교차하는 기어는 동일한 평면에서 교차하는 반면 비평행 기어는 축이 서로 다른 평면을 가로질러 절단됩니다. 그러나 교차 및 평행 기어 구성은 비평행 기어보다 효율성과 속도가 더 큽니다.
압력각은 톱니가 피치 선에 대한 법선과 형성하는 각도입니다. 일반적으로 20도의 압력 각도가 자주 사용됩니다. 그러나 어떤 경우에는 14.5 및 17.5의 각도가 존재합니다. 더 큰 압력 각도는 더 큰 톱니 강도를 초래하는 넓은 디덴덤을 나타냅니다.
톱니 수와 모듈 및 압력 각도 값은 기어 치수를 계산하는 데 중요합니다. 톱니 수는 아래 식을 사용하여 기어 속도(기어비)를 계산하는 데 매우 중요합니다.
입력 기어의 잇수 / 출력 기어의 잇수
톱니가 오른쪽에 있으면 톱니바퀴가 오른쪽이고 왼쪽에 있으면 왼쪽 톱니바퀴입니다. 한 쌍의 헬리컬 또는 베벨 기어에서 동력 전달이 발생하려면 손을 잡고 작동하는 두 기어의 비틀림 방향이 반대여야 합니다. 예를 들어 톱니가 같은 방향으로 움직이는 두 개의 헬리컬 기어는 맞물리지 않습니다. 그러나 나사와 웜 기어는 단방향이지만 맞물립니다.
비틀림 각도는 실린더 축에 대한 톱니의 경사 각도입니다. 기어의 비틀림 각도를 높이면 추력 방향이 더 크게 나타납니다. 결과적으로 기계의 효율성이 떨어집니다. 일반적으로 비틀림 각도는 25도 미만이 헬리컬 기어가 추력을 줄이는 데 이상적입니다.
다음은 기어를 설계하고 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 요소입니다.
기어의 작동 및 환경 조건은 내구성과 성능에 매우 중요합니다. 작동 조건에는 치아에 가해지는 응력과 마찰이 포함됩니다. 반면에 환경 조건에는 습도, 온도 및 청결도가 포함됩니다. 두 가지 조건은 기어 유형 및 구성, 표면 처리, 윤활유 및 윤활 방법과 같은 설계 요소에 영향을 미칩니다.
치수 제한은 기어가 차지하는 공간에 대한 제한입니다. 예를 들어, 기어는 샤프트 사이의 중심에 있어야 합니다. 그러나 기어 시스템에 더 잘 맞도록 중심에서 약간 멀어지는 경우가 있습니다. 이러한 경우 치아 프로파일이 변경됩니다. 공간에 가장 적합한 특정 장비와 디자인을 사용하는 것도 치수 제한을 관리하는 또 다른 효과적인 수단입니다.
기계 기어는 종종 기계 구성 요소 내에서 동작과 토크를 전달합니다. 그러나 설계 및 구성에 따라 동작 방향을 변경하고 속도 또는 토크 출력을 증가시킬 수 있습니다. 기어를 설계할 때 사양 및 적용 요구 사항:방향 변경 또는 속도 또는 토크의 증가는 고려해야 할 요소입니다. 기어 유형, 디자인 및 구성에 영향을 줄 수 있습니다.
기어에는 일반적인 산업 표준이 없는 다양한 사양이 있습니다. 종종 기어 설계는 제조업체의 표준 또는 기계 또는 시스템의 설계 사양에 적합합니다. 그러나 여러 국가에서 해당 산업에 서비스를 제공하는 표준을 만들었습니다. 예를 들어, 미국에서 기어는 AGMA(American Gear Manufacturers Association)에 의해 그룹화됩니다. 일본과 독일에도 그러한 협회가 있습니다.
비용은 특히 맞춤형 기어를 다룰 때 중요한 요소입니다. 설계 재료, 구조, 표면 마감, 정밀도 및 윤활 요구 사항이 비용에 영향을 미칩니다. 모든 사양을 충족하는 기어를 사용해야 하지만 비용을 고려해야 합니다. 따라서 일반 기어가 표준에 부합하는 경우 맞춤형 기어에 다른 비용이 발생하므로 함께 가는 것이 좋습니다.
기어는 여러 기어 제조 공정을 사용하여 생산됩니다. 그 중 일부는 다음과 같습니다.
가공은 종종 기어의 최종 모양과 치수를 달성하기 위해 수행됩니다. 기어가 생산되면 그라인딩 및 호닝과 같은 표면 마감을 적용하여 기어의 전반적인 특성을 개선할 수 있습니다.
이 기사를 읽으면서 기어, 사양 요구 사항 및 응용 분야에 대한 방대한 지식을 축적했을 것입니다. 이제 기계에 필요한 기어 유형에 대한 아이디어가 생겼습니다. 그러나 어떻게 해야 할지 모를 수도 있습니다. 이 경우 RapidDirect에 문의하십시오. 기어 및 머시닝 서비스에 대한 자세한 내용은
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ㅏ. 기어와 스프로킷은 유사하며 동력 전달을 돕는 톱니가 포함된 두 기계 장치가 있습니다. 그러나 아래는 둘 사이의 몇 가지 주요 차이점입니다.
비. 로켓이 자전거 체인이나 군용 탱크 트랙으로 잠기는 동안 기어 톱니가 맞물립니다.
씨. 기어는 평행, 수직 및 기타 구성으로 토크를 전달할 수 있는 반면 로켓은 평행 축을 따라만 작동합니다.
디. 기어는 단거리 전송에 더 적합하고 스프로킷과 체인은 장거리 전송에 적합합니다.
이자형. 기어는 반대 방향으로 토크를 전달합니다. 그러나 로켓의 경우는 반대입니다.
두 개의 기어가 함께 맞물린 곳에서 더 작은 것이 피니언입니다. 피니언이 구동되는 동안 기어는 종종 드라이버 역할을 합니다. 피니언이 구동 기어일 때 스텝다운 구동이 있어 출력 속도는 낮아지지만 토크는 증가합니다.
최고의 기어는 무엇입니까?다양한 유형의 기어는 사양 요구사항과 필요에 따라 다양한 기능에 가장 적합합니다. 그러나 평 기어는 여전히 가장 널리 사용되는 기어입니다. 높은 정확도를 달성하고 상대적으로 제조하기 쉽습니다.
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