기어 설계의 기본 개념인 기어 각도는 기어 시스템의 효율성과 성능을 결정합니다. 이 매개변수는 맞물리는 기어 사이에 전달되는 힘의 방향에 영향을 미쳐 하중 지지 용량과 작동 원활함에 영향을 미칩니다.
기어 각도란 무엇인가
기어 각도라고도 함 압력각는 기어 설계 및 작동에 중요한 매개변수입니다. 이는 작용선(또는 압력선)과 피치원에서 기어 이의 중심선이 이루는 각도를 나타냅니다. 압력각은 맞물리는 두 기어 사이에 전달되는 힘의 방향을 결정하고, 하중 용량, 효율, 소음 발생 등 기어 성능의 다양한 측면에 영향을 미칩니다.
스퍼 기어에서 압력각은 기어 축에 수직인 횡단면에서 측정됩니다. 표준 기어의 가장 일반적인 압력각은 14.5°, 20°, 25°이며, 20°가 가장 널리 사용됩니다.
압력각은 맞물리는 기어의 이빨 모양에 영향을 미칩니다. 압력각이 높을수록 이빨 바닥이 두꺼워지고 접촉 비율이 작아집니다. 접촉 비율은 맞물리는 동안 접촉하는 이빨의 평균 개수입니다. 반대로 압력각이 낮을수록 이빨 바닥이 얇아지고 접촉 비율이 높아집니다.
헬리컬 기어의 경우, 톱니가 기어 축에 대해 비스듬하게 절삭되는 경우, 압력각은 두 평면, 즉 법선면(톱니 표면에 수직)과 횡면(기어 축에 수직)에서 정의됩니다. 법선 압력각은 작용선과 톱니 표면에 수직인 면 사이의 각도이고, 횡방향 압력각은 법선 압력각을 횡방향 평면에 투영한 각도입니다. 법선 압력각과 횡방향 압력각의 관계는 다음에 따라 달라집니다. 나선 각도 장비의.
압력각의 선택은 기어 설계 및 성능의 다양한 측면에 영향을 미칩니다. 일반적으로 더 높은 압력각은 하중 지지 용량을 증가시키고 이빨 슬라이딩 속도를 감소시켜 고부하 응용 분야에 적합합니다. 그러나 베어링에 더 높은 반경 하중을 발생시키고 더 많은 소음을 발생시킬 수도 있습니다. 더 낮은 압력각은 더 부드러운 작동과 더 낮은 소음 수준을 제공하지만 하중 용량이 감소합니다.
기어 각도의 종류
프로필 각도
톱니 프로파일 각도라고도 하는 프로파일 각도는 기어 축에 대해 톱니 프로파일이 형성하는 각도를 말합니다. 가장 일반적인 유형인 인벌류트 기어의 톱니 프로파일은 인벌류트 곡선을 따릅니다. 프로파일 각도는 접촉률에 영향을 미치는데, 접촉률은 기어가 회전하는 동안 접촉하는 톱니의 평균 개수입니다. 기어 메시프로필 각도가 높을수록 접촉 비율이 낮아지고, 프로필 각도가 낮을수록 접촉 비율이 높아집니다.
압력 각도
압력각은 기어 설계에서 기본적인 매개변수로, 기어 이빨이 힘을 전달하는 경로인 작용선과 맞물리는 기어의 중심을 연결하는 선에 대한 수직선 사이의 각도를 정의합니다. 압력각은 이빨 두께, 이빨 높이 및 기본 원의 크기에 영향을 미칩니다. 압력각이 높은 기어는 바닥에 이빨이 두꺼워 더 강하고 굽힘 응력에 더 강합니다.
횡압력각
스퍼 기어 및 나선형 기어와 같은 원통형 기어에서 횡압력각은 기어 축에 수직인 평면에서 측정된 압력각입니다. 기어 치수 및 절삭 공구 사양을 계산하는 데 사용되는 각도입니다. 횡압력각은 횡 평면에서 톱니 프로파일을 결정하고 기어의 피치 직경, 기본 원 직경 및 톱니 두께에 영향을 미칩니다.
정상 압력각
정상 압력각은 피치 지점에서 톱니 표면에 수직인 평면에서 측정한 압력각입니다. 스퍼 기어에서 정상 압력각은 횡방향 압력각과 같습니다. 그러나 나선형 기어에서 정상 압력각은 톱니의 나선 각도로 인해 횡방향 압력각보다 작습니다. 정상 압력각은 나선형 기어에서 정상 피치, 정상 톱니 두께 및 정상 베이스 피치를 계산하는 데 사용됩니다.
이상적인 기어 압력각은 무엇인가?
표준 기어에서 가장 일반적으로 사용되는 압력각은 20°와 25°입니다.
20° 압력각 기어는 균형 잡힌 성능 특성으로 인해 다양한 산업에서 널리 사용되었습니다. 이 기어는 우수한 이빨 강도, 맞물리는 이빨 사이의 감소된 슬라이딩 동작, 적당한 접촉 비율을 제공합니다.
최근 몇 년 동안 25° 압력각 기어는 향상된 이빨 강도와 하중 지지 용량으로 인해 인기를 얻었습니다. 더 높은 압력각은 더 두꺼운 이빨 베이스를 만들어 기어가 더 높은 응력을 견뎌내고 더 큰 하중을 전달할 수 있게 합니다. 25° 압력각 기어는 또한 14.5° 압력각 기어에 비해 슬라이딩 동작이 감소하고 효율성이 향상되었습니다.
기어 각도를 확인하는 방법
스퍼 기어의 압력 각도를 확인하는 일반적인 방법 중 하나는 기어 이빨 캘리퍼를 사용하는 것입니다. 이 특수 도구는 특정 깊이에서 이빨 두께를 측정한 다음 압력 각도를 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 측정은 기어 이빨이 맞물리는 기어와 맞물리는 피치 원에서 수행됩니다. 엔지니어는 측정된 값을 지정된 압력 각도와 비교하여 기어가 필요한 허용 오차를 충족하는지 확인할 수 있습니다.
나선형 기어의 경우, 나선 각도를 확인하는 것이 필수적입니다. 이는 기어 축에 대한 기어 이빨의 각도를 측정하는 정밀 기기인 나선 각도 게이지를 사용하여 수행할 수 있습니다. 게이지는 기어 이빨에 배치되고 각도는 기기에서 직접 읽습니다. 또는 좌표 측정기(CMM)를 사용하여 나선 기어의 나선 각도와 정상 압력 각도를 모두 보다 정확하게 측정할 수 있습니다.
기어 각도의 응용
기어 디자인
기어를 설계할 때 엔지니어는 압력각을 고려해야 합니다. 압력각은 작용선(힘의 방향)과 맞물리는 기어의 중심을 연결하는 선에 대한 수직선 사이의 각도입니다. 압력각을 선택하면 이빨 두께, 접촉 비율 및 기어가 제대로 맞물리는 능력에 영향을 미칩니다. 압력각이 클수록 밑부분의 이빨이 두꺼워져 강도와 하중 지지 용량이 증가합니다. 그러나 접촉 비율도 감소하여 소음과 진동이 증가할 수 있습니다.
프로필 각도, 즉 톱니 프로필 각도는 기어 설계에서 또 다른 중요한 요소입니다. 이는 톱니 프로필과 피치 원에 수직인 선 사이의 각도입니다. 가장 일반적으로 사용되는 톱니 프로필은 인벌류트 곡선으로, 기본 원을 따라 굴러갈 때 직선 상의 한 점에 의해 생성됩니다. 인벌류트 프로필은 맞물리는 톱니 사이의 부드럽고 지속적인 동작을 보장하여 간섭을 최소화하고 효율성을 개선합니다.
파워트렌스미션
기어 시스템에서 동력 전달의 효율성은 기어 각도의 적절한 선택에 크게 의존합니다. 압력 각도가 높을수록 이가 증가된 하중을 더 잘 처리할 수 있으므로 토크 전달이 더 커집니다.
압력각 외에도 나선형 기어의 나선각도 동력 전달에 영향을 미칩니다. 기어 축에 대해 각도가 있는 이빨을 가진 나선형 기어는 스퍼 기어에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다. 이는 이빨의 점진적인 맞물림으로 인해 더 부드럽고 조용한 작동과 증가된 하중 지지 용량을 제공합니다. 나선각은 정상 압력각(기어 이빨에 수직인 평면에서 측정된 압력각)과 함께 나선형 기어의 동력 전달 효율을 결정합니다.
마모 및 소음 감소
기어 시스템에서 마모와 소음을 최소화하는 것은 많은 응용 분야에서, 특히 고속 또는 고정밀 기계에서 중요한 관심사입니다. 적절한 기어 각도를 선택하면 이러한 문제를 줄이는 데 크게 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 압력 각도가 높을수록 접촉 비율이 작아져 소음과 진동이 증가할 수 있습니다. 반면, 압력 각도가 낮을수록 접촉 비율이 높아져 맞물리는 이빨 사이의 결합이 더 매끄럽고 소음과 마모를 유발하는 충격력이 감소합니다.
프로파일 각도는 마모 및 소음 감소에도 역할을 합니다. 기어에서 가장 일반적으로 사용되는 프로파일인 인벌류트 이빨 프로파일은 맞물리는 이빨 사이의 미끄럼 마찰을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 이는 마모와 열 발생을 줄여 기어의 수명을 연장하고 전반적인 시스템 효율성을 개선합니다. 또한 인벌류트 프로파일은 구동 기어와 피동 기어 사이의 일정한 속도 비율을 촉진하여 부드럽고 조용한 작동에 더욱 기여합니다.
