올바른 헬리컬 기어를 선택하려면 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞는 올바른 형상, 재료 및 제조 공정을 적용해야 합니다. 이 가이드는 기어가 안정적이고 효율적인 성능을 발휘할 수 있도록 각 중요 결정 사항을 안내합니다.
응용 프로그램 요구 사항
장비 선택에 있어 모든 결정은 애플리케이션에 달려 있습니다. 먼저 장비가 무엇을 달성해야 하는지, 그리고 어떤 상황에 직면하게 될지 명확하게 정의하세요.
전형적인 신청
헬리컬 기어는 자동차 변속기에 탁월합니다. 산업용 기어 박스부드럽고 조용한 작동이 중요한 컨베이어 시스템. 중속에서 고속으로 평행 축 사이에 동력을 전달해야 할 때 최적의 선택입니다.
듀티 사이클 및 환경
장비의 작동 주기는 장비의 내구성을 결정합니다. 제철소에서 24시간 내내 작동하는 장비는 포장 기계에서 매일 7시간 작동하는 장비와 다른 사양이 필요합니다.
환경적 요인은 재료 선택 및 윤활 요건에 직접적인 영향을 미칩니다. 먼지가 많은 환경에서는 더 나은 밀봉성이 필요하고, 실외 환경에서는 내부식성 재료가 필요합니다.
극한 온도는 재료 특성과 윤활유 점도에 영향을 미칩니다. 냉동고에서 작동하는 기어는 용광로 근처에서 작동하는 기어와 다른 고려 사항이 필요합니다.
서비스 요소
서비스 계수는 계산된 부하를 초과하여 장비에 부하를 가하는 실제 환경을 고려합니다. 원활하게 작동하는 전기 모터는 1.0의 계수를 사용하는 반면, 왕복 압축기는 2.0 이상의 계수가 필요할 수 있습니다.
충격 부하, 진동 및 시작/중지 빈도는 모두 증가합니다. 서비스 팩터이는 계산에 안전 장치를 추가하는 것과 같습니다. 예상치 못한 실패에 직면하기보다는 약간 과도하게 설계하는 것이 낫습니다.
하중 및 토크 계산
정확한 하중 계산은 심각한 고장과 과설계를 방지합니다. 기어에 어떤 힘이 가해질지 정확히 알아야 합니다.
토크 및 전력 요구 사항 결정
토크는 힘과 회전 중심점으로부터의 거리를 곱한 값입니다. 반경 1,000인치 드럼으로 6파운드(6,000kg)를 들어 올리려면 XNUMX인치-파운드(약 XNUMXkg)의 토크가 필요합니다.
동력은 토크와 속도에 따라 다음과 같은 간단한 공식으로 계산됩니다. HP = (토크 × RPM) ÷ 5,252. 단위를 다시 한번 확인하세요. 미터법과 야드파운드법을 혼용하는 것은 오류의 흔한 원인입니다.
최대 부하가 평균 부하보다 더 중요합니다. 장비는 대부분 100마력으로 순항하더라도 시동 시 300마력까지 치솟는다면 최대 부하에 맞춰 설계하세요.
기어 이빨 힘
헬리컬 기어는 세 가지 힘 성분, 즉 접선 방향(일을 하는 힘), 레이디얼 방향(기어를 밀어내는 힘), 그리고 축 방향(축을 따라 작용하는 추력)을 생성합니다. 축 방향 추력은 헬리컬 기어에만 존재하며 적절한 베어링 선택이 필요합니다.
접선력은 Ft = (2 × 토크) ÷ 피치 직경을 사용하여 계산합니다. 이것이 주요 작동력입니다.
반경 방향 및 축 방향 힘은 다음에 따라 달라집니다. 압력각 그리고 나선 각도. 15°의 나선 각도를 갖는 20°의 압력 각도는 접선력의 약 27%에 해당하는 축 추력을 생성합니다.
안전마진
최대 예상 하중의 최소 1.5배를 견딜 수 있도록 기어를 설계하십시오. 엘리베이터나 항공기와 같은 중요한 용도에는 3배 이상의 하중 계수가 필요합니다.
피로 수명도 고려하세요. 최대 하중을 견딜 만큼 강한 기어라도 그 최대 하중보다 낮은 하중에서 반복적인 응력 사이클이 발생하면 파손될 수 있습니다.
기어 형상 고려 사항
지오메트리는 기어가 얼마나 부드럽고 효율적으로 맞물리는지를 결정합니다. 각 매개변수는 성능, 비용 및 제조 가능성에 영향을 미칩니다.
나선 각도 (β)
나선 각도는 일반적으로 15°에서 30° 사이이며, 일반적인 용도에서는 20°가 일반적입니다. 각도가 클수록 작동이 더 부드럽지만 축방향 추력이 더 커집니다.
나선형 미끄럼틀과 직선 미끄럼틀을 비교해 보세요. 나선형(나선 각도가 더 큰) 미끄럼틀은 더 부드럽게 움직이지만, 레일에 비스듬히 닿아 미끄러집니다.
모듈 또는 직경 피치
모듈(미터법) 또는 직경 피치 (임페리얼)은 톱니 크기를 결정합니다. 모듈이 클수록 톱니가 더 크고 강해지지만 작동이 거칠어집니다.
1, 1.5, 2, 3, 4, 5mm와 같은 표준 모듈은 비용을 절감하고 가용성을 향상시킵니다. 맞춤 크기는 표준 옵션이 실제로 작동하지 않을 때만 사용해야 합니다.
이빨 수와 기어비
최소 이 개수는 언더컷을 방지합니다. 일반적으로 표준 압력각의 경우 이 개수가 17개입니다. 이 개수가 적을수록 치근이 약해지고 작동이 더 거칠어집니다.
너의 기어비 (구동 톱니 수 ÷ 구동 톱니 수)는 속도 증가 또는 감소를 결정합니다. 60톱니 기어가 20톱니 기어를 구동하면 속도가 1:3으로 증가합니다.
얼굴 폭 (b)
얼굴 너비 일반적으로 산업용 기어 모듈의 8~12배에 해당합니다. 면이 넓을수록 더 많은 하중을 견딜 수 있지만, 더 정밀한 정렬이 필요합니다.
편향 문제를 방지하려면 페이스 폭을 피니언 직경의 2배 미만으로 유지하세요. 4인치 피니언은 페이스 폭이 8인치를 넘지 않아야 합니다.
압력각(α)
표준 압력각은 20° 또는 25°이며, 20°가 가장 일반적입니다. 압력각이 높을수록 톱니는 더 강해지지만 베어링의 반경 방향 하중이 증가합니다.
이는 톱니 강도와 베어링 수명 간의 균형입니다. 대부분의 경우 20° 각도에서 잘 작동합니다.
재료 선택
재료 선택은 강도, 내마모성, 비용, 그리고 제조 용이성의 균형을 고려합니다. 하중과 작동 환경에 맞춰 재료를 선택하세요.
합금강
4140 및 4340 강은 범용 기어에 탁월한 강도와 인성을 제공합니다. 가공성이 우수하고 열처리에 대한 반응성이 예측 가능합니다.
8620 강은 침탄 기어의 표준입니다. 저탄소 코어는 내구성을 유지하는 반면, 고탄소 케이스는 내마모성을 제공합니다.
탄소강
1045강은 열처리 없이도 중간 정도의 하중에 적합합니다. 경제적이며 쉽게 구할 수 있습니다.
열처리된 1045강은 더 무거운 하중을 견딜 수 있지만 합금강의 성능에는 미치지 못합니다. 최대 성능보다 비용이 더 중요할 때 사용하십시오.
주철 및 연성 주철
회주철은 저속, 중하중 적용 분야에 적합합니다. 자연 감쇠력으로 소음과 진동을 줄여줍니다.
연성 주철은 회주철보다 두 배 높은 강도와 더 나은 내충격성을 제공합니다. 강철 가격이 너무 비싼 대형 기어에 적합합니다.
브론즈
청동 기어는 조용하게 작동하고 부식에 강합니다. 웜 기어 미끄럼 접촉이 지배적인 응용 분야.
알루미늄 청동은 기존 청동보다 더 무거운 하중을 견딜 수 있습니다. 내식성이 중요한 해양 분야에 사용하세요.
스테인리스 강
316 스테인리스는 식품 가공 및 화학 분야에서 부식에 강합니다. 탄소강보다 강도가 약하지만 제품을 오염시키지 않습니다.
17-4 PH 스테인리스는 탄소강에 근접한 강도와 우수한 내식성을 제공합니다. 열처리를 통해 그 잠재력을 최대한 발휘합니다.
플라스틱 및 합성물
나일론과 아세탈 기어는 경량 응용 분야에서 윤활 없이 구동됩니다. 소음이 적고, 내부식성이 뛰어나며, 대량 생산 시 경제적입니다.
유리 충전 플라스틱은 비충전 플라스틱보다 더 높은 하중을 견딜 수 있습니다. 금속과 플라스틱의 성능 차이를 메우는 역할을 합니다.
열처리
열처리는 기어 하중 용량을 두 배 또는 세 배로 늘릴 수 있습니다. 용도와 예산에 맞는 공정을 선택하세요.
표면 경화(침탄)
침탄은 강인한 코어(58~62 HRC) 위에 단단한 마모 표면(30~40 HRC)을 형성합니다. 높은 접촉 응력을 받는 기어에 적합합니다.
이 공정은 필요한 케이스 깊이에 따라 8~20시간이 소요됩니다. 일반적인 케이스 깊이는 소형 기어의 경우 0.020인치(0.100인치)부터 대형 산업용 기어의 경우 XNUMX인치(XNUMX인치)까지입니다.
침탄 처리 중 표면당 0.001~0.002인치의 성장이 예상됩니다. 제조 공차에 이 점을 고려하십시오.
질화
질화 처리는 변형을 최소화하면서 매우 단단한 표면(65~70 HRC)을 생성합니다. 기어는 이러한 처리를 통해 정밀한 치수를 유지합니다.
이 공정은 더 낮은 온도(침탄의 경우 950°F, 1700°F)에서 진행되므로 변형이 줄어듭니다. 따라서 정밀 기어에 적합합니다.
케이스 깊이는 일반적으로 0.010~0.025인치로 침탄보다 얕습니다. 따라서 질화는 중간 정도의 접촉 응력 적용에만 적용됩니다.
유도 또는 화염 경화
고주파 열처리는 치아 표면만 처리하고, 심재와 뿌리는 손상시키지 않습니다. 전체 열처리보다 빠르고 변형이 적습니다.
설치 비용이 높기 때문에 유도 경화는 대량 생산에만 경제적입니다. 이 과정은 몇 시간이 아닌 몇 초 만에 끝납니다.
화염 경화는 유도 장비 사용이 어려운 대형 기어에 효과적입니다. 일관된 결과를 얻으려면 숙련된 작업자가 필요합니다.
경화를 통해
경화를 통해 전체 기어의 경도를 균일하게(일반적으로 28~35 HRC) 처리합니다. 소량 생산 시 간편하고 경제적입니다.
이 방법은 직경 6인치 미만의 기어에 가장 효과적입니다. 이보다 큰 기어는 균열이나 변형이 심할 수 있습니다.
관통 경화 기어는 표면 경화 기어보다 하중 용량이 낮습니다. 최대 성능보다 단순성이 더 중요한 중간 하중에 사용하세요.
