기계분야 기어의 종류와 동작방식

기어는 없어서는 안될 기계 장치로, 속도를 전달하고 속도 변경을 허용하며 이동 방향을 변경하는 엔진의 중요한 부분입니다. 다양한 유형의 기어가 있으며 각각 복잡한 것부터 단순한 것까지 고유한 사양과 요구 사항이 있습니다.

대부분의 경우 복잡한 기계는 항상 그런 것은 아니지만 서로 다른 기어로 구성됩니다. 예를 들어, 시계와 같은 간단한 기계는 시계 바늘의 속도를 조절하는 기어로 구성됩니다.

 

 

 

 

반응형

 

1. 기어란?

기어는 토크와 속도 전달을 위해 서로 맞물리는 톱니 바퀴로 구성된 기계의 기계 구성 요소입니다. 이러한 기계 요소는 일반적으로 몸체 전체에 톱니 세트가 있는 원통형 또는 원뿔 모양의 몸체를 가지고 있습니다.

변속기는 두 개 이상의 기어가 동기화되어 작동할 때 발생합니다. 동력 전달은 속도와 토크의 변화를 일으킵니다. 이 톱니 바퀴는 해양 시스템에 사용되는 대형 기어에서 소형 시계 및 정밀 측정 기기에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

 

 

 

기어 설계의 매개변수는 기계 기어의 적절한 성능과 수명에 중요한 기술적 특성입니다. 효과적인 기어 설계를 위해 고려해야 할 기본 매개변수는 다음과 같습니다.

 

- 기어 형상

기계식 기어는 일반적으로 원통형이며 몸체 주위에 톱니가 잘 배열되어 있습니다. 기어는 타원형, 원뿔형, 삼각형 및 정사각형 형태로 제공됩니다. 비원형 기어는 회전 속도와 토크에 대한 일정한 기어 비율이 없기 때문에 원형 기어 시스템과 다릅니다. 비원형 기어 유형은 후진 및 속도 변경을 포함하여 뚜렷한 불규칙한 모션 요구 사항을 수행할 수 있습니다.

 

- 비틀림 각도

비틀림 각도는 실린더의 축에 비례하는 기어의 톱니 경사각입니다. 기어의 비틀림 각도를 높이면 추력 방향이 더 커집니다. 25도보다 낮은 비틀림 각도는 헬리컬 기어의 추력을 줄이는 데 가장 적합합니다.

 

- 이빨의 수

이빨은 기어 둘레 바깥쪽에 있는 뾰족하거나 뾰족한 면입니다. 톱니의 수와 압력, 각도 및 모듈 값과 같은 기타 변수는 기어의 치수를 결정하는 데 중요합니다. 게다가, 기어 설계의 톱니 수는 다음 표현식을 사용하여 기어 속도(기어 비율)를 계산하는 데 필수적입니다.

 

입력 기어의 톱니 수 / 출력 기어의 톱니 수.

 

- 트위스트 방향

기어는 톱니가 왼쪽에 있을 때 왼손잡이이고 톱니가 오른쪽에 있을 때 오른손잡이입니다. 한 쌍의 베벨 또는 헬리컬 기어에서 동력 전달이 발생하기 전에 함께 맞물린 두 기어가 반대 비틀림 방향을 가져야 합니다. 예를 들어, 톱니가 한 방향으로 움직이는 두 개의 헬리컬 기어는 맞물리지 않습니다. 그러나 스크류와 웜 기어는 단방향임에도 불구하고 맞물립니다.

 

- 기어 축 구성

기어축 구성에는 평행, 비평행(비교차) 및 교차를 포함한 세 가지 변형이 있습니다. 평행 축 구성의 기계 기어는 반대 방향으로 회전하는 샤프트와 평행 위치를 유지합니다. 대조적으로, 평행하지 않은 축이 있는 기어는 서로 다른 평면을 가로질러 절단되고 교차하는 기어는 동일한 평면에서 교차합니다. 또한, 평행 및 교차 기어 구성은 비평행 기어보다 더 빠른 속도와 효율성을 나타냅니다.

 

-  모듈

모듈은 밀리미터 단위로 측정된 기어 톱니의 크기입니다. 결과적으로 모듈은 기어 톱니의 크기를 나타냅니다. 기어링할 때 이 매개변수를 고려하는 것이 중요합니다. 모듈은 피치 지름을 기어의 톱니 수로 나누어 파생된 값입니다. 표현식은 다음과 같이 표시됩니다.

 

모듈 = 피치 지름 / 톱니 수

 

 

반응형

 

2. 기어의 동작방식

기계식 기어는 속도와 토크를 전달하기 전에 일련의 과정을 따릅니다. 기계식 기어를 사용할 때 볼 수 있는 것은 두 개의 기어가 톱니가 맞물려 움직임을 전달하는 것뿐입니다. 이

우선, 이러한 기어는 종종 샤프트로 알려진 구성 요소에 연결된다는 것을 이해해야 합니다. 기어의 회전은 샤프트를 따라 발생합니다. 맞물림에 관여하는 두 기어는 일반적으로 구동 기어와 구동 기어라고 합니다. 구동 기어가 회전을 시작하는 동안 종동 기어는 구동 기어의 충격에 상대적인 최종 회전을 제공합니다. 종동 기어는 구동 기어가 생성하는 모든 회전을 충족합니다.

 

일반적으로 모션 전달은 구동 기어와 종동 기어 사이에서 자주 발생합니다. 이 모션 전송은 일부 기어에서는 이동으로 이어지고 다른 기어에서는 회전 방향을 변경할 수 있습니다. 그러나 쌍을 이루는 기어는 속도와 토크에 영향을 미치기 위해 기어

맞물림이 필요한 기계에서 다양한 크기를 갖도록 설계할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

3. 기어의 종류

기어는 다양한 종류가 있으며 각각 고유한 속성을 가지고 있습니다. 기어는 톱니 구성, 기능 및 운동 방향과 같은 변수를 기반으로 역학으로 분류됩니다. 다음은 일반적으로 사용되는 기어 유형과 그 용도입니다.

 

1) 베벨 기어

베벨 기어는 몸체를 둘러싼 톱니가 있는 원뿔 모양입니다. 베벨 기어는 더 높은 속도 비율에서 수직 또는 특정 각도로 교차하는 샤프트 사이에 힘을 전달합니다. 이러한 유형의 장비는 비용이 많이 들기 때문에 산업 전반에 걸쳐 일반적으로 사용되지 않습니다. 그러나 베벨 기어는 믹서와 크러셔에 널리 사용됩니다. 한편, 베벨 기어는 종종 다양한 유형으로 제공됩니다. 

 

• 스트레이트 베벨 기어: 이 기어는 간단한 설정을 가지고 있습니다. 이빨은 똑바로 서 있고 기어의 피치는 원뿔형입니다. 빠른 속도로 작동하며 수직 샤프트 사이에 동력을 전달할 수 있습니다.
• 마이터 기어: 속도 비율이 1인 베벨 기어입니다. 이 기어는 속도를 변경하지 않고 동력 전달 방향을 변경할 수 있습니다. 나선형 마이터 기어와 직선 마이터 기어가 있습니다. 그러나 나선형 마이터 기어를 사용할 때는 축 방향으로 추력을 생성하기 때문에 스러스트 베어링을 사용하는 것이 중요합니다.
• 스파이럴 베벨 기어: 이 하위 유형의 베벨 기어는 톱니 라인이 구부러져 있어 기어 톱니 사이의 우수한 접점을 따릅니다. 그 결과 원활한 변속기와 함께 더 강력한 기어가 생성됩니다. 그러나 나선형 베벨 기어는 비용이 많이 듭니다.

 

 

반응형

 

2) 헬리컬 기어

헬리컬 기어는 헬리컬 스프링과 같은 나선 모양을 가지고 있습니다. 이 기어는 제조 산업 및 기계에서 자주 사용됩니다. 헬리컬 기어의 톱니는 비스듬히 설정되거나 샤프트에 기울어 져 있습니다. 또한 헬리컬 기어는 더 나은 톱니 맞물림으로 인해 소음이 적고 원활하게 작동합니다. 헬리컬 기어는 움직임과 속도를 전달하기 위해 더 많은 톱니를 사용하기 때문에 더 많은 하중을 처리할 수 있습니다.

 

게다가, 헬리컬 기어는 축 방향으로 하중을 전달하여 추력을 생성하고 추력 하중을 처리하는 데 도움이 되는 베어링이 필요합니다. 헬리컬 기어는 고속이 필요한 변속기 작업에 적합합니다. 또한 헬리컬 기어에는 맞물림 쌍을 달성하기 위해 반대쪽 기어가 필요한 오른손 및 왼손 꼬임이 있습니다.

 

헬리컬 기어는 다음과 같은 다양한 유형으로 제공됩니다.

• 단일 또는 이중 헬리컬 기어: 헬리컬 기어는 기어가 하나 또는 두 나선에 톱니가 있는 경우 두 개로 하위 분류할 수 있습니다. 기어는 하나의 나선에만 톱니가 있는 경우 단일 나선형입니다. 이빨이 왼손에 있든 오른손에 있든 상관 없습니다. 지금까지는 한쪽에 이빨이 들어 있습니다. 한편, 기어는 이빨이 양손에 있고 양면 사이에 틈이 있는 경우 이중 나선형이라고 합니다. 톱니가 겹치기 때문에 이중 헬리컬 기어는 움직임을 보다 효율적이고 부드럽게 전달합니다.
• 스크류 기어: 스크류 기어는 종종 45º의 비틀림 각도에서 작동하는 한 쌍의 헬리컬 기어로 제공됩니다. 그들은 대부분의 패스너와 유사한 디자인을 가지고 있으며 일반적으로 교차하지 않고 평행하지 않은 샤프트에서 작동합니다. 그들은 단일 톱니 접촉으로 인해 낮은 하중 캐리지 용량을 가지고 있습니다. 따라서 이러한 기어는 엄청난 힘을 전달하는 데 적합하지 않습니다.

 

 

 

반응형

 

3) 스퍼 기어

평 기어는 단순한 설계로 인해 기계에서 가장 일반적으로 사용되는 기어 유형입니다. 두 샤프트(구동 및 구동)가 평행 위치를 유지할 때 동일한 평면에서 동력을 전달합니다. 평 기어의 톱니는 더 큰 기어 감소를 달성하기 위해 샤프트 축과 평행합니다. 따라서 다른 평 기어와 맞물리거나 연결할 때 평행축 사이에 동력을 전달합니다. 이 기어는 병렬 설계로 인해 높은 출력과 움직임을 효율적으로 전달합니다. 더 작은 맞물림 쌍을 피니언이라고 하고 더 큰 맞물림 쌍을 기어라고 합니다.

 

평 기어는 축 방향으로 하중을 전달하지 않기 때문에 다른 기어 유형과 다릅니다. 스퍼 기어는 저속 응용 분야, 기어 펌프 및 모터, 세탁기, 감속기, 와인드업 알람 시계 및 컨베이어 시스템에 이상적입니다. 그러나 평 기어는 충격이 가해질 때마다 큰 소음을 내고 진동을 일으킵니다.

 

 

 

 4) 웜 기어

웜 기어는 웜 휠과 웜 (샤프트 및 결합 기어)의 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 여기서 샤프트에는 드릴과 유사한 나사 절단이 있으며 교차하지 않습니다. 변속기는 단단한 웜 휠과 부드러운 웜 휠 사이에서 마찰이 덜 발생하기 때문에 조용하고 부드럽게 발생하는 경우가 많습니다. 그러나 웜 기어는 가장 효율적인 기어 유형이 아니기 때문에 고속 또는 극한 작업에는 적합하지 않습니다. 웜 기어는 일반적으로 농업 기계에 사용됩니다.

 

 

 

반응형

 

 

5) 랙 & 피니언 기어

랙 및 피니언 기어는 두 개의 원형 기어로 구성된 쌍으로 제공됩니다 : 피니언은 라이너 기어 (랙)와 맞물립니다. 이 쌍은 회전 운동을 선형 운동으로 변환합니다. 랙 앤 피니언 기어는 주로 자동차 조향 시스템에 사용됩니다. 이 기어 시스템은 헬리컬 또는 직선 기어로 제공됩니다.

 

 

 

 

6) 내부 기어

내부 기어 유형에는 내부 원뿔에 톱니가 있습니다. 내부 기어는 일반적으로 외부 기어와 맞물려 두 기어가 같은 방향으로 회전할 때 모션을 전달합니다. 그러나 이 기어 유형을 사용할 때 외부 및 내부 기어의 톱니 수가 다르기 때문에 다양한 문제가 발생합니다. 또한 내부 기어는 주로 샤프트 커플링에 사용됩니다.

 

 

 

 

반응형

 

4. 기어의 응용

기어는 두 개 이상의 회전축 사이의 효율적인 동력 및 토크 전달을 담당하는 기계 시스템의 필수 구성 요소입니다. 기어의 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 자동차 산업: 랙 앤 피니언, 헬리컬 및 스퍼 기어와 같은 기어는 차동 장치, 변속기 및 조향 시스템과 같은 자동차의 다양한 부분에 널리 사용됩니다. 이 기어는 속도를 제어하고, 방향을 변경하고, 구성 요소 간에 동력을 전달하는 데 도움이 됩니다.
• 항공 우주 산업: 평 기어 및 헬리컬 기어와 같은 다양한 기어는 항공기 엔진 및 랜딩 기어 시스템에 널리 사용됩니다. 또한 효율적인 동력 전달과 정확한 이동을 위한 제어 메커니즘으로 사용됩니다.
• 산업 기계: 스퍼, 웜 및 베벨 기어와 같은 기어는 컨베이어 시스템, 섬유 기계, 포장 장비 및 인쇄기와 같은 다양한 산업 기계에서 회전축 간에 움직임과 동력을 전달하는 중요한 요소입니다.
• 해양 응용 분야: 톱니 바퀴는 선외 모터, 선박 추진 시스템 및 선외 모터와 같은 해양 추진 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 엔진 출력을 추력으로 변환하는 데 도움이 됩니다.
• 건설 및 광산 장비: 크레인, 굴착기, 로더 및 불도저와 같은 중장비는 기계 기어를 사용하여 유압 시스템 작동, 트랙 구동 및 하중 리프팅과 같은 다양한 기능을 수행합니다.