헬리컬 기어의 축 방향 추력은 베어링에 불필요한 응력을 가하고 효율을 저하시키며 조기 파손으로 이어질 수 있지만, 적절한 설계 방식을 사용하면 이러한 추력을 완전히 제거할 수 있습니다. 이러한 횡력은 헬리컬 기어의 톱니가 비스듬히 가공되어 구동 토크의 일부가 기어를 회전시키는 대신 축을 따라 밀어내기 때문에 발생합니다.
이중 헬리컬 및 헤링본 기어
더블 헬리컬 기어는 V자 모양을 이루는 두 개의 대칭 톱니 세트를 사용하여 축방향 추력을 제거합니다. 각 톱니는 서로 상쇄되는 크기가 같고 반대되는 힘을 생성합니다. 마치 왼쪽 톱니와 오른쪽 톱니가 있는 두 개의 헬리컬 기어를 같은 기어 허브에 맞대어 가공한 것처럼 생각해 보세요.
반대쪽 절반이 내부적으로 서로 밀어내므로 기어는 베어링에 순측력(net side-force)을 발생시키지 않고 토크를 전달합니다. 즉, 값비싼 스러스트 베어링 대신 표준 레이디얼 베어링을 사용할 수 있으며, 스러스트 하중에 대한 걱정 없이 더 부드러운 작동을 위해 헬릭스 각도를 키울 수도 있습니다.
반대 나선형 기어 쌍 배열
값비싼 이중 헬리컬 기어 없이도 표준 단일 헬리컬 기어 쌍을 서로 반대되는 나선 방향으로 교묘하게 배치하여 축방향 추력을 상쇄할 수 있습니다. 이 방식은 한 기어의 추력을 다른 기어의 추력에 상쇄하는 방식으로, 특수 부품 대신 시스템 설계를 통해 균형을 이룹니다.
- 백투백 기어 세트: 같은 축에 반대 방향의 단일 나선형 기어 두 개를 장착합니다. 좌회전 기어와 우회전 기어는 동일한 토크를 전달합니다. 좌회전 기어는 축을 한 방향으로 밀고, 우회전 기어는 반대 방향으로 밀어서 순 추력은 0이 됩니다. 이 구성은 이중 나선형 기어처럼 작동하지만, 더 저렴하고 제조가 쉬운 표준 단일 나선형 부품을 사용합니다.
- 다단 기어박스의 반대 나선: 각 단계마다 나선 방향을 번갈아 배치하여 한 감속 단계의 추력이 다음 단계의 추력을 상쇄하도록 합니다. 중간 샤프트는 1단에는 좌측 기어를, 2단에는 우측 기어를 사용하여 샤프트가 최소한의 축방향 하중으로 "부동"할 수 있도록 할 수 있습니다. 이 방법은 이미 여러 기어 세트를 사용하고 있는 다단 압축기와 터빈 기어박스에 특히 효과적입니다.
스러스트 베어링과 앵귤러 접촉 베어링 사용
가장 간단한 해결책은 축 방향 추력을 수용하고 적절한 베어링을 사용하여 처리하는 것입니다. 추력 베어링과 앵귤러 콘택트 베어링은 이러한 횡력을 흡수하도록 특별히 설계되었습니다. 기어 수준에서 추력을 제거하는 대신, 기어박스 수명 기간 동안 축 방향 하중을 안전하게 견딜 수 있는 베어링을 설치합니다.
자주 묻는 질문
축 추력을 제거하는 데 가장 비용 효율적인 방법은 무엇입니까?
대부분의 경우, 스러스트 베어링을 사용하는 것이 가장 경제적인 솔루션입니다. 이중 헬리컬 기어는 최고의 성능을 제공하지만 비용이 훨씬 더 많이 들고, 대향 배치는 이미 여러 기어 세트를 사용하고 있는 다단 기어박스에 적합합니다.
단일 나선형 기어에서 축 추력을 완전히 없앨 수 있나요?
아니요, 단일 헬리컬 기어는 각진 톱니 때문에 항상 축방향 추력을 발생시킵니다. 이중 헬리컬 기어를 사용하거나, 반대 기어와 함께 사용하거나, 추력 베어링을 설치하여 추력을 감당해야 합니다.
나선형 기어는 얼마나 많은 추력을 발생합니까?
축 추력은 접선 방향 힘에 나선각의 접선을 곱한 값과 같습니다(F_a = F_t × tan β). 30도의 나선각은 접선 방향 힘의 약 58%에 해당하는 추력을 생성합니다.
왜 스러스트를 전혀 사용하지 않고 스퍼기어를 사용하지 않을까요?
스퍼 기어는 추력을 제거하지만, 헬리컬 기어보다 소음이 훨씬 크고 부하도 적습니다. 헬리컬 기어는 더 부드러운 동력 전달, 더 높은 부하 용량, 그리고 더 조용한 작동을 제공하는데, 이러한 이점은 일반적으로 추력 관리의 어려움보다 더 큽니다.
