기어

이 기사에서는 기어가 무엇이고 어떤 용도로 사용되는지 설명합니다. 따라서 기어의 다양한 부분이 무엇인지, 다양한 유형의 기어는 무엇인지, 그리고 기어의 장점과 단점은 무엇인지 알아볼 것입니다.

기어란 무엇입니까?

기어는 서로 맞물린 두 개 이상의 톱니바퀴로 구성된 메커니즘입니다. 따라서 기어는 톱니의 접촉을 통해 한 기어에서 다른 기어로 원운동을 전달하는 역할을 합니다.

기어를 사용하면 회전 운동이 전달될 뿐만 아니라 두 기어 휠의 잇수 비율에 따라 회전 속도가 증가하거나 감소될 수 있습니다.

서로 다른 크기의 두 개의 톱니바퀴로 구성된 간단한 기어에서 크라운 과 피니언을 구별합니다.

• 크라운(Crown) : 기어 중 가장 큰 톱니바퀴입니다.
• 피니언 : 기어 중 가장 작은 톱니바퀴입니다.

기계 특성

기어에는 다음과 같은 특성 매개변수가 있습니다.

• 톱니(Teeth) : 추력을 전달하여 한 기어에서 다른 기어로 회전 운동과 동력을 전달하는 기어의 일부입니다.
• 축(Axis) : 기어의 중심에 위치한 원통형 부분으로 기어의 회전운동을 안내하는 역할을 합니다.
• 피치 원주 (Pitch Circumference) : 두 기어의 피치 원주가 접하도록 기어의 톱니가 맞물리는 가상의 원주입니다.
• 피치 직경 : 피치 원주의 직경입니다.
• 외주 : 기어의 외부를 제한하는 원주입니다.
• 외경(Outer Diameter) : 바깥 둘레의 직경입니다.
• 내주 : 기어 톱니의 밑면을 통과하는 둘레입니다.
• 내경 : 내경의 직경입니다.
• 압력각 : 두 기어 사이의 접촉력 방향과 기어의 각속도 방향이 이루는 각도입니다.
• 톱니수 : 기어에 있는 톱니의 총 개수입니다. 일반적으로 기호 Z로 표시됩니다.
• 모듈 : 피치 직경(D _p )과 기어 잇수(Z)의 비율입니다. 따라서 기어의 계수를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.



• 피치(Pitch) : 한 치아의 한 지점과 인접한 치아의 동일한 지점 사이의 거리입니다. 기어의 이러한 특성은 매우 중요합니다. 두 기어가 맞물리려면 피치가 동일해야 하기 때문입니다. 기어의 피치는 파이에 피치 직경을 곱한 후 톱니 수로 나눈 값과 같습니다.

기어의 종류

스퍼 기어

스퍼 기어는 톱니가 직선인 기어 유형입니다. 따라서 평기어의 주요 특징은 방사형으로 돌출된 톱니를 가진 원통형이기 때문에 매우 간단한 유형의 기어라는 것입니다.

간단히 말해서, 헬리컬 기어, 베벨 기어 등 다른 유형의 기어와 달리 평기어의 톱니는 완전히 직선입니다.

산업 수준에서 평기어는 단순성과 경제적인 가격으로 인해 가장 널리 사용되는 기어 유형입니다.

스퍼 기어는 두 가지 유형으로 분류됩니다.

• 외부 스퍼 기어 : 기어의 톱니는 기어의 외부 프로파일, 즉 휠 외부에 있습니다.
• 내부 평기어 – 기어의 톱니는 기어의 내부 프로파일, 즉 휠의 안쪽에 있습니다.

외부 스퍼 기어는 외부 및 내부 기어와 맞물릴 수 있습니다. 대조적으로, 내부 스퍼 기어는 외부 기어와만 맞물릴 수 있습니다.

맞물린 두 개의 외접기어는 서로 반대 방향으로 회전하지만, 내접기어는 맞물린 외접기어와 같은 방향으로 회전합니다.

헬리컬 기어

헬리컬 기어는 회전축에 대해 기울어진 톱니바퀴로 구성됩니다. 즉, 헬리컬 기어는 프로파일이 나선형 톱니로 구성된 기어 유형입니다.

헬리컬 기어의 톱니가 회전축과 이루는 각도는 전달해야 하는 각속도에 따라 달라집니다.

• 전송된 각속도가 낮은 경우 각도는 5°~10° 사이여야 합니다.
• 전송된 각속도가 평균인 경우 각도는 15°에서 25° 사이여야 합니다.
• 전송된 각속도가 높으면 각도는 약 30°여야 합니다.

간단히 말해서 헬리컬 기어의 작동은 회전 운동을 전달하는 기능이므로 직선 기어의 작동과 유사합니다. 그러나 헬리컬 기어는 톱니의 특정 모양으로 인해 다른 방식으로 원운동을 전달할 수 있습니다.

헬리컬 기어는 다음 유형으로 분류됩니다.

• 크로스샤프트 헬리컬 기어(Crossshaft Helical Gears) : 헬리컬 기어의 축이 서로 교차합니다. 이것은 헬리컬 기어의 가장 간단한 유형입니다.
• 평행 샤프트가 있는 헬리컬 기어 : 헬리컬 기어의 축은 평행합니다. 제대로 작동하려면 연결된 두 기어의 톱니의 경사각은 동일해야 하지만 방향은 반대여야 합니다. 이러한 유형의 헬리컬 기어에서는 전달된 회전 동력 외에 축방향 힘도 생성됩니다.
• 이중 헬리컬 기어(또는 헤링본 헬리컬 기어) : 이 유형의 헬리컬 기어의 프로파일은 두 개의 헬리컬 톱니로 형성되어 V자형 프로파일을 형성합니다. 이러한 유형의 헬리컬 기어의 이중 톱니는 축이 평행할 때 나타나는 축력을 제거하는 역할을 합니다.

베벨 기어

베벨 기어는 톱니 모양이 원뿔 모양인 톱니바퀴로 구성됩니다. 간단히 말해서 베벨 기어는 원뿔대 모양의 기어 유형입니다.

이러한 유형의 기어의 주요 특징은 교차하는 두 축 사이에서 회전 운동을 전달할 수 있다는 것입니다. 베벨 기어 시스템의 축은 일반적으로 수직이지만 다른 각도에서 작동하도록 설계할 수도 있습니다.

일반적으로 베벨 기어는 주철, 강철 합금 또는 알루미늄으로 만들어집니다. 그러나 베벨 기어의 용도에 따라 비금속 재료로도 제작할 수 있지만 이는 매우 드뭅니다.

베벨 기어 내에서는 여러 가지 하위 유형의 기어를 구분할 수 있습니다.

• 직선 톱니 베벨 기어 : 직선 톱니 베벨 기어의 일종입니다.
• 헬리컬 톱니 베벨 기어 – 각진 톱니가 있는 베벨 기어 유형입니다.
• 스파이럴 투스 베벨기어(Spiral Tooth Bevel Gears) : 톱니가 나선형으로 되어 있는 베벨기어의 일종.
• 하이포이드 베벨 기어(Hypoid Bevel Gears) : 피치 표면이 쌍곡선인 베벨 기어의 일종.

다른 유형의 기어

일반적으로 기어는 위에서 설명한 것처럼 스퍼 기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어의 세 가지 유형으로 분류됩니다. 그러나 알아야 할 중요한 다른 유형의 기어도 있습니다.

• 웜 : 웜 메커니즘에서는 헬리컬 기어 나사가 직선 또는 헬리컬 기어와 맞물립니다. 이러한 방식으로 두 개의 수직 축 사이에 원형 운동이 전달됩니다.
• 랙 기어 : 랙 메커니즘에서는 톱니바퀴(피니언)가 랙과 맞물립니다. 이 유형의 기어는 원형 운동을 선형 운동으로 변환하는 데 사용됩니다.
• 체인 기어 : 기어가 서로 맞물리지 않고 톱니바퀴의 원운동이 체인에 의해 전달됩니다.

기어트레인

기어 트레인은 일련의 기어로 구성된 원형 변속기 메커니즘입니다. 즉, 기어트레인은 서로 연결된 여러 개의 톱니바퀴로 구성된 시스템입니다.

기어열은 단일 기어보다 훨씬 더 높은 변속비를 허용합니다. 따라서 기어열은 단일 기어보다 샤프트의 각속도를 더 크게 높이거나 낮추는 역할을 합니다. 반면, 톱니바퀴는 일반적으로 두 개의 톱니바퀴로 구성된 단순한 기어보다 더 많은 공간을 차지합니다.

다음 이미지에서 기어열의 예를 볼 수 있습니다. 보다 정확하게는 입력 기어, 이중 기어, 유휴 기어 및 출력 기어의 5개 기어로 구성된 열차입니다. 출구.

메커니즘은 왼쪽 휠인 입력 휠에서 시작됩니다. 입력 기어에 회전 운동이 적용되면 바퀴가 서로 맞물려 있기 때문에 후속 기어도 회전합니다.

이 경우 회전 속도는 두 단계로 증가합니다. 첫째, 입력 휠은 기어보다 더 많은 톱니를 가지므로 각속도가 증가합니다. 이 기어는 샤프트에 다른 기어가 결합된 이중 기어이며, 해당 기어도 출력 기어보다 더 많은 톱니를 가지므로 각속도가 두 번째로 증가합니다.

기어의 변속비

기어비는 두 기어의 회전 속도 사이의 비율입니다. 구체적으로 두 기어의 변속비는 입력기어의 각속도에 대한 출력기어의 각속도의 비로 정의된다.

금:

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  전송률입니다.

• 

  입력 휠의 각속도입니다.

• 

  출력 휠의 각속도입니다.

• 

  입력 기어의 톱니 수입니다.

• 

  출력 기어의 잇수입니다.

• 

  입력 휠의 직경입니다.

• 

  출력 휠의 직경입니다.

변속비 공식으로부터 다음을 추론할 수 있습니다.

• i>1 : 기어비가 1보다 크면 출력 각속도가 입력 각속도보다 크다는 의미입니다. 따라서 출력 기어의 잇수와 직경은 입력 기어의 잇수와 직경보다 작습니다.
• i<1 : 변속비가 1보다 작으면 출력 각속도가 입력 각속도보다 낮다는 의미입니다. 따라서 출력 기어의 잇수와 직경은 입력 기어의 잇수와 직경보다 큽니다.
• i=1 : 기어비가 1이면 출력 각속도가 입력 각속도와 동일함을 의미합니다. 따라서 두 바퀴의 톱니 수와 직경은 동일합니다.

기어의 장점과 단점

다른 유형의 모션 전달 메커니즘과 비교하여 기어에는 다음과 같은 장점과 단점이 있습니다.

기어의 장점:

• 기어 사이에서 미끄러질 가능성이 없으므로 메커니즘 고장이 줄어듭니다.
• 기어는 높은 동력을 전달할 수 있습니다.
• 기어의 기계적 성능이 높습니다.
• 일반적으로 기어는 유지 관리가 거의 필요하지 않습니다.
• 기어는 일반적으로 공간을 거의 차지하지 않습니다.

기어 의 단점:

• 기어는 만들기가 어렵습니다.
• 따라서 기어 가격은 일반적으로 다른 유형의 메커니즘보다 높습니다.
• 발생하는 소음은 사용되는 기어 유형에 따라 다르지만 일반적으로 소음이 나는 모션 전송 시스템입니다.