기어는 기계 산업의 중추를 형성하여 수많은 응용 분야에서 동력과 운동을 전달합니다. 기어는 다양한 유형과 구성으로 제공되지만, 두 가지 주요 범주가 두드러집니다. 스트레이트 컷 기어와 헬리컬 기어입니다.
이러한 기어 유형은 설계, 성능 특성 및 적합한 응용 분야에서 상당히 다릅니다. 직선 절단 기어는 샤프트 축과 평행한 이빨을 특징으로 하는 반면 나선형 기어는 각도로 절단된 이빨을 가지고 있습니다.
이 포괄적인 가이드는 직선 기어와 나선형 기어의 주요 차이점을 자세히 살펴보고, 톱니 모양, 접촉 비율, 동력 전달, 효율성, 소음 및 진동, 하중 용량, 비용 등과 같은 요소를 살펴봅니다. 각 기어 유형의 고유한 특성을 이해함으로써 엔지니어와 설계자는 기계 응용 분야에 맞는 기어를 선택할 때 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.
스트레이트 컷 기어란 무엇인가
직선 절단 기어, 스퍼 기어라고도 알려진 기어는 회전 축과 평행한 이빨을 가진 원통형 기어의 한 유형입니다. 직선 절단 기어의 이빨은 기어의 면을 가로질러 축에 수직으로 직선으로 절단됩니다. 이 간단한 이빨 형상은 직선 절단 기어를 비교적 쉽고 저렴하게 제조할 수 있게 합니다.
직선 절단 기어는 비용이 주요 관심사이고 기어가 무거운 하중이나 고속에 노출되지 않는 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 이는 종종 수동 기계, 소형 가전제품 및 저전력 변속기에서 발견됩니다.
헬리컬 컷 기어란 무엇인가
나선형 절단 기어는 회전축에 대해 각도로 절단된 이빨이 있는 원통형 기어의 한 유형으로, 나선형 경로를 따릅니다. 나선형 기어의 이빨은 직선 절단 기어처럼 축과 평행하지 않지만 일반적으로 15~30도 사이의 각도로 설정됩니다.
나선형 기어의 각진 이빨은 직선 기어에 비해 더 점진적이고 매끄럽게 맞물릴 수 있게 해줍니다. 이 점진적인 맞물림은 소음과 진동을 줄이고 나선형 기어가 더 높은 속도에서 더 높은 하중을 전달할 수 있게 해줍니다. 나선형 기어는 일반적으로 자동차 변속기, 산업 기계 및 매끄럽고 조용한 작동이 중요한 기타 응용 분야에서 사용됩니다.
스트레이트 컷과 헬리컬 컷 기어의 차이점
치아의 기하학
스트레이트 컷과 헬리컬 기어의 주요 차이점은 이빨의 기하 구조에 있습니다. 스트레이트 컷 기어는 회전 축과 평행한 이빨을 가지고 있으며 기어 표면을 가로질러 직선으로 자릅니다. 반면 헬리컬 기어는 기어 주위의 헬리컬 경로를 따라 축에 대해 각도로 자른 이빨을 가지고 있습니다.
나선형 기어의 각진 이빨은 기어가 회전하면서 점진적으로 맞물리고 분리될 수 있도록 하여 직선 기어의 급격한 맞물림에 비해 더 부드럽고 조용한 작동을 제공합니다. 나선 각도 나선형 기어의 각도는 일반적으로 15~30도이며, 각도가 클수록 겹침이 더 크고 작동이 더 부드럽습니다.
접촉 비율
접촉 비율은 기어 회전 중 주어진 시간에 접촉하는 평균 이빨 수를 말합니다. 나선형 기어는 각진 이빨과 겹치는 맞물림으로 인해 직선형 기어에 비해 접촉 비율이 더 높습니다.
직선 기어에서 접촉 비율은 일반적으로 약 1.5이며, 이는 적어도 하나의 이가 항상 접촉하고 두 개의 이가 맞물리는 짧은 겹침 기간이 있음을 의미합니다. 반면 나선형 기어는 접촉 비율이 2 이상일 수 있으며, 이는 두 개 이상의 이가 항상 접촉하고 있음을 나타냅니다.
나선형 기어의 접촉 비율이 높을수록 직선 기어에 비해 동력 전달이 원활하고 진동이 감소하며 하중 지지 능력이 증가합니다.
기어비
직선 기어와 헬리컬 기어 모두 다양한 기어비(종동 기어의 잇수와 구동 기어의 잇수 비율)를 구현하도록 설계할 수 있습니다. 그러나 헬리컬 기어는 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다. 기어비 유연성.
나선형 기어의 각진 이빨은 더 큰 이빨 오버랩과 더 높은 접촉 비율을 허용하여 주어진 범위 내에서 더 넓은 기어 비율 범위를 수용할 수 있습니다. 중심 거리 기어 사이.
소음 및 진동
나선형 기어가 직선 기어에 비해 가장 큰 장점 중 하나는 소음과 진동 감소 측면에서 성능이 뛰어나다는 것입니다. 나선형 기어의 각진 이빨은 점진적인 맞물림과 분리를 허용하여 직선 기어에서 발생하는 이빨의 갑작스러운 충돌을 최소화합니다.
나선형 기어의 겹치는 이빨 접촉은 하중이 한 이빨에서 다음 이빨로 점진적으로 전달됨에 따라 더 부드럽고 조용한 작동을 가져옵니다. 이러한 점진적인 결합은 충격력과 관련 소음 및 진동을 줄입니다.
이빨이 갑자기 맞물리는 스트레이트 컷 기어는 나선형 기어에 비해 더 많은 소음과 진동을 발생시킵니다. 이빨 사이의 갑작스러운 접촉은 충격력을 발생시켜 기어 윙윙거림, 덜거덕거림, 전반적으로 더 시끄러운 작동을 초래할 수 있습니다.
효율성:
나선형 기어의 점진적인 맞물림과 더 높은 접촉 비율은 이빨 사이의 슬라이딩 마찰을 줄여 효율성을 향상시킵니다. 또한 각진 이빨은 윤활 분배와 열 발산을 개선하여 효율성을 더욱 높이는 데 기여합니다.
톱니가 갑자기 맞물리고 접촉 비율이 낮은 직선 기어는 더 큰 미끄럼 마찰과 국부적인 열 발생을 겪을 수 있으며, 그로 인해 나선형 기어에 비해 효율이 약간 낮을 수 있습니다.
하중
나선형 기어는 각진 이빨과 더 높은 접촉 비율로 인해 직선 기어와 비교해 하중 지지 용량이 더 높습니다.
나선형 기어의 겹치는 이빨 접촉은 하중을 더 넓은 영역에 분산시켜 응력 집중을 줄이고 과도한 마모나 고장 없이 더 높은 하중을 전달할 수 있게 합니다. 나선형 기어 이빨의 점진적인 맞물림은 충격력도 줄여 하중 지지 능력을 더욱 향상시킵니다.
직선 절단 기어는 갑작스러운 이빨 맞물림과 낮은 접촉 비율로 인해 높은 응력 집중과 충격 하중에 더 취약합니다. 이는 유사한 크기와 소재의 나선형 기어에 비해 하중 지지 용량이 제한됩니다.
비용
일반적으로 직선 기어는 나선형 기어에 비해 제조 비용이 저렴합니다.
직선 절단 기어의 더 간단한 이빨 형상은 호빙이나 셰이핑과 같은 제조 공정을 더 쉽고 빠르게 할 수 있습니다. 직선 절단 기어를 생산하는 데 필요한 툴링도 덜 복잡하고 더 쉽게 구할 수 있어 생산 비용을 낮추는 데 기여합니다.
각진 이빨을 가진 헬리컬 기어는 더 정교한 제조 공정과 특수 공구가 필요합니다. 헬리컬 기어 이빨을 절단하려면 추가 단계와 더 복잡한 기계 설정이 필요하므로 직선 절단 기어에 비해 생산 비용이 더 높습니다.
축 추력
나선형 기어의 각진 이빨은 기어 샤프트를 따라 축 방향 힘 성분을 생성하는데, 이는 직선 기어에는 존재하지 않습니다.
나선형 기어의 축 방향 추력은 톱니 힘이 기어 축에 수직인 성분(접선력)과 기어 축에 평행한 성분(축 방향 힘)으로 분해된 결과입니다.
직선 절단 기어는 이빨이 기어 축과 평행하기 때문에 축 추력을 생성하지 않습니다. 직선 절단 기어의 이빨 힘은 기어 축과 완전히 수직이어서 기어 시스템의 설계 및 지원 요구 사항을 간소화합니다.
스트레스 분포
기어 이빨의 응력 분포는 직선 절단과 나선형 기어의 차이를 나타내는 또 다른 요소입니다. 나선형 기어의 각진 이빨은 스퍼 기어의 직선 이빨에 비해 더 유리한 응력 분포를 가져옵니다.
직선 절단 기어에서 하중은 주로 이빨의 피치 지점에 집중되어 높은 국부 응력 집중이 발생합니다. 이는 특히 무거운 하중이나 충격 조건에서 마모, 피로 및 잠재적인 이빨 파손으로 이어질 수 있습니다.
각진 이빨을 가진 나선형 기어는 이빨 면을 따라 하중을 더 고르게 분산합니다. 나선형 기어의 점진적인 맞물림과 더 높은 접촉 비율은 더 균일한 응력 분포를 초래하여 국부적인 응력 집중을 줄입니다.
나선형 기어의 유리한 응력 분포는 유사한 크기와 소재의 스트레이트 컷 기어에 비해 더 높은 하중 지지 용량과 향상된 내구성을 제공합니다. 감소된 응력 집중은 또한 더 조용한 작동과 더 긴 기어 수명에 기여합니다.
제조 공정
스트레이트 컷과 헬리컬 기어의 제조 공정은 이빨의 형상이 다르기 때문에 다릅니다. 스트레이트 컷 기어는 일반적으로 헬리컬 기어에 비해 제조가 쉽고 저렴합니다.
직선 기어는 다음을 포함한 다양한 제조 방법을 사용하여 생산할 수 있습니다.
- 호빙: 호빙 머신은 회전 절삭 공구(호브)를 사용하여 기어 블랭크에 이빨을 생성합니다. 호브와 기어 블랭크는 동기화된 방식으로 회전하여 이빨을 점진적으로 절단합니다.
- 셰이핑: 기어 셰이퍼는 왕복 절삭 공구를 사용하여 이를 생성합니다. 공구는 기어 블랭크가 회전하는 동안 선형으로 이동하여 이 프로필을 만듭니다.
- 브로칭: 브로칭 머신은 점점 더 모양이 변하는 일련의 이빨이 있는 선형 절삭 공구를 사용하여 한 번의 패스로 기어 이빨을 절삭합니다.
직선 기어의 제조 방법은 비교적 간단하고, 툴링도 쉽게 구할 수 있어 생산 비용을 낮추는 데 도움이 됩니다.
각진 이빨을 가진 나선형 기어는 다음과 같은 보다 특수한 제조 공정이 필요합니다.
- 나선형 호빙: 직선 기어의 호빙과 비슷하지만 호브와 기어 블랭크가 각도에 맞춰 배치되어 나선형 톱니 모양을 만듭니다.
- 나선형 셰이핑: 나선형 절삭 공구가 있는 기어 셰이퍼를 사용하여 점진적으로 각진 이빨을 생성합니다.
- 나선형 브로칭: 나선형 절삭 공구가 장착된 브로칭 머신을 사용하여 한 번의 패스로 각진 이빨을 절삭합니다.
나선형 기어의 제조 공정은 더 복잡하고 특수 도구와 기계 설정이 필요합니다. 나선형 기어의 절삭 공구는 더 비싸고 직선 절삭 기어에 사용되는 공구에 비해 공구 수명이 짧습니다.
