기계의 세계에서 효율적이고 원활하게 동력을 전달하는 것이 가장 중요합니다. 그러나 전통적인 스퍼 기어는 종종 부족하여 진동, 소음 및 하중 용량 감소로 이어집니다. 여기서 헤링본 기어가 빛을 발합니다.
헤링본 기어는 독특한 이중 나선형 디자인으로 획기적인 솔루션을 제공합니다. 이 포괄적인 가이드에서는 헤링본 기어의 복잡한 사항을 깊이 파고들어 설계 원리, 제조 방법 및 산업 전반의 다양한 응용 분야를 살펴보겠습니다. 또한 다른 기어 유형과 비교하여 뛰어난 성능을 강조합니다.
헤링본 기어란 무엇인가
헤링본 기어는 이중 헬리컬 기어의 한 유형으로, 같은 축에 나란히 장착된 두 개의 헬리컬 기어로 구성되어 있으며, 톱니는 바깥쪽을 향하도록 V자 모양으로 배열되어 있습니다. 두 세트의 톱니는 일반적으로 축축에 대해 30~45도로 서로 반대 방향으로 기울어져 있습니다.
"헤링본"이라는 이름은 청어의 뼈대를 닮은 지그재그 모양의 이빨 모양에서 유래했습니다. 맞물리는 V자 모양의 이빨은 양쪽 접촉을 유지하며, 내부 축력의 균형을 유지합니다. 기어 메시이러한 자체 중심화 동작으로 인해 기어를 지지하는 추력 베어링이 필요 없게 됩니다.
헤링본 기어는 중장비와 차량부터 정밀 기기와 로봇에 이르기까지 광범위한 동력 전달 응용 분야에서 사용됩니다. 고유한 특성으로 인해 소음과 진동이 최소화된 부드럽고 효율적인 동력 전달이 필요한 고부하, 고속 응용 분야에 탁월한 선택입니다.
헤링본 기어의 설계
나선 각도
The 나선 각도 치면과 기어 축 사이의 각도입니다. 헤링본 기어의 경우, 두 기어 반쪽은 서로 반대되는 나선 각도를 가지며, 일반적으로 30도에서 45도 사이입니다. 나선 각도가 클수록 작동이 더 부드럽고 하중 용량이 커지지만, 축 방향 힘과 제조 복잡성이 증가합니다.
압력 각도
The 압력각 피치 원에 수직인 선과 톱니 모양이 이루는 각도입니다. 헤링본 기어의 표준 압력각은 14.5도, 20도, 25도이며, 20도가 가장 일반적입니다. 압력각이 높을수록 기어의 강도와 하중 용량은 증가하지만 소음과 마모가 커질 수 있습니다.
모듈 및 직경 피치
모듈(미터법) 또는 직경 피치 (임페리얼)은 피치 직경에 대한 기어 이빨의 크기를 결정합니다. 모듈이 더 크거나 직경 피치가 작을수록 이빨이 더 강하고 넓어지지만, 기어의 전체 크기와 무게도 증가합니다.
헤링본 기어의 제조 방법
호빙
호빙은 헤링본 기어를 제조하는 가장 일반적인 방법입니다. 호브라고 하는 나선형 절삭 공구를 사용하여 기어 블랭크가 회전하면서 점진적으로 톱니 모양을 생성합니다. 호브와 기어 블랭크는 동기화된 방식으로 이동하여 필요한 나선 각도와 톱니 형상을 만듭니다. 호빙은 높은 정밀도와 일관성을 가진 기어를 생산할 수 있지만 톱니 면의 중앙에 작은 불일치 오류가 남을 수 있습니다.
갈기
밀링은 회전 밀링 커터를 사용하여 기어 블랭크에서 재료를 제거하는 대체 방법입니다. 커터는 치아 프로필과 공간을 따라 여러 번 통과하여 전체 치아 깊이를 생성합니다. 밀링은 치아 형상에서 더 큰 유연성을 허용하고 센터 갭이 없는 기어를 생산할 수 있지만 호빙보다 느리고 효율이 떨어집니다.
형성
셰이핑은 왕복 절삭 공구를 사용하여 이빨 모양을 생성하는 덜 일반적인 방법입니다. 공구는 기어 블랭크가 회전하는 동안 선형으로 움직이며 점차적으로 재료를 제거하여 이빨을 형성합니다. 셰이핑은 고유한 이빨 모양과 센터 갭이 없는 기어를 생산할 수 있지만 호빙 및 밀링에 비해 생산성과 정밀도가 낮습니다.
연마
연삭은 헤링본 기어의 표면 마감, 정확도 및 소음 성능을 개선하는 데 사용되는 마무리 공정입니다. 연마 휠을 사용하여 치아 측면에서 소량의 재료를 제거하고 이전 가공 단계에서 발생한 오류나 왜곡을 수정합니다. 연삭은 일반적으로 최종 기어 품질을 달성하기 위해 열처리 후에 수행됩니다.
헤링본 기어의 재료
- 강철: 헤링본 기어에 가장 널리 사용되는 소재로, 높은 강도, 인성, 내마모성을 제공합니다. 다양한 등급과 열처리를 적용하여 기어 특성을 최적화할 수 있습니다.
- 주철: 강철에 비해 비용이 저렴한 대안으로, 중간 하중과 속도에 적합합니다. 회주철과 연성 주철이 일반적으로 사용되며, 흑연 플레이크나 노듈이 윤활과 감쇠를 제공합니다.
- 황동 및 청동: 내식성 또는 낮은 마찰이 필요한 기어에 사용되는 비철 합금입니다. 가공성은 좋지만 강철에 비해 강도가 낮습니다.
- 플라스틱: 나일론, 아세탈, PEEK와 같은 폴리머는 가볍고 부하가 적은 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 이들은 낮은 소음, 자체 윤활, 부식 및 화학 물질에 대한 저항성을 제공합니다.
- 소결 금속: 분말 야금은 복잡한 형상을 가진 거의 그물 모양의 헤링본 기어를 생산할 수 있습니다. 소결 강철과 합금은 강도와 내마모성이 좋지만 단조 재료보다 인성이 낮을 수 있습니다.
헤링본 기어의 응용 분야
산업 기계
헤링본 기어는 압축기, 펌프, 블로워, 공작 기계와 같은 중장비 산업 장비에 널리 사용됩니다. 높은 하중 용량, 원활한 작동, 컴팩트한 디자인으로 제약된 공간과 까다로운 환경에서의 전력 전달에 적합합니다.
자동차 변속기
자동차 애플리케이션에서 헤링본 기어는 수동 및 자동 변속기에 사용되어 엔진에서 바퀴로 동력을 전달합니다. 이 기어는 조용하고 효율적인 작동을 제공하며 차량 추진에 필요한 높은 토크와 속도를 처리할 수 있습니다.
항공우주 작동
헤링본 기어는 플랩 및 슬랫 드라이브, 랜딩 기어 전개 및 제어 표면 작동과 같은 항공기 및 우주선 작동 시스템에 사용됩니다. 자체 중심화 특성과 양방향 하중을 처리할 수 있는 능력으로 인해 이러한 안전이 중요한 응용 분야에 적합합니다.
로봇 공학 및 자동화
로봇 및 자동화 시스템에서 헤링본 기어는 정밀한 모션 제어 및 동력 전달에 사용됩니다. 낮은 백래시, 높은 강성 및 매끄러운 작동으로 로봇 팔, 그리퍼 및 조인트에서 정확한 위치 지정 및 반복 가능한 움직임이 가능합니다.
해양 추진
헤링본 기어는 보트 및 선박 기어박스와 같은 해양 추진 시스템에서 엔진에서 프로펠러 샤프트로 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 높은 효율성, 컴팩트한 디자인, 축 하중에 대한 저항성으로 인해 까다로운 해양 환경에 적합합니다.
다른 유형의 기어와의 비교
| 기어 타입 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 박차 | 간단한 디자인, 제조 용이, 저렴한 비용 | 소음이 심한 작동, 제한된 하중 용량, 축 하중 지지 없음 |
| 나선형의 | 스퍼보다 부드럽고 조용하며 하중 용량이 더 높습니다. | 축 방향 하중을 생성하며 추력 베어링이 필요합니다. |
| 사각 | 교차하는 샤프트 사이의 전력 전송을 허용합니다. | 복잡한 설계로 정확한 정렬이 필요하고 비율 범위가 제한적입니다. |
| 벌레 | 높음 기어비 소형 사이즈, 자체 잠금 | 효율성 낮음, 높은 슬라이딩 마찰력, 제한된 하중 용량 |
| 헤링본의 | 부드럽고 조용하며, 높은 하중 용량, 축 하중 없음, 컴팩트한 사이즈 | 복잡한 제조, 높은 비용, 제한된 가용성 |
