에너지 손실을 5% 이하로 유지하면서도 좁은 공간에서도 엄청난 토크를 전달하는 전력 전송 시스템이 필요합니다.
기존의 평행축 기어박스는 귀중한 바닥 공간을 차지합니다. 웜 기어박스는 입력 동력의 40~70%를 열로 손실합니다. 단순한 기어 시스템으로는 현대 자동화에 필요한 공간에 충분한 토크를 담을 수 없습니다.
유성 기어박스는 이 문제를 해결합니다.
행성 기어박스란 무엇인가
A 유성 기어 박스 이 시스템은 여러 개의 유성 기어가 중앙의 태양 기어를 중심으로 바깥쪽 링 기어 내부에서 회전하는 소형 기어 시스템입니다. 이 유성 기어들을 고정하는 캐리어가 출력을 전달하며, 기어들은 3~6개의 접점에서 동시에 하중을 분산합니다.
태양계를 생각해 보세요. 태양 기어는 중앙에 위치하여 모든 것을 구동합니다. 행성 기어는 지구와 화성이 태양을 공전하듯이 태양 주위를 공전합니다. 링 기어는 태양계의 바깥쪽 가장자리처럼 이 모든 기어를 둘러싸고 있습니다.
4가지 필수 구성 요소
행성 기어박스는 4개의 부품으로 구성되어 있으며, 서로 협력합니다.
선기어는 중앙에 위치하며 입력축에 연결됩니다. 여기가 동력이 시스템에 들어가는 곳입니다.
플래닛 기어는 선 기어와 링 기어 모두와 맞물립니다. 일반적으로 3~6개의 플래닛 기어가 태양 주위에 균등하게 배치되어 있습니다. 플래닛 기어가 많을수록 하중이 더 많은 이빨에 분산되므로 토크 용량이 커집니다.
링 기어는 톱니가 안쪽을 향하는 바깥쪽 원을 형성합니다. 구성에 따라 고정형이거나 회전형일 수 있습니다.
캐리어는 모든 유성 기어를 제자리에 고정합니다. 출력축에 연결되어 유성 기어의 궤도 운동을 포착하여 높은 토크와 저속 출력을 제공합니다.
전력 흐름의 작동 방식
모터를 켜면 이런 일이 일어납니다.
- 입력 샤프트는 태양 기어를 회전시킵니다.
- 태양 기어는 모든 유성 기어와 동시에 맞물려 각 기어가 자체 축을 중심으로 회전하게 합니다.
- 각 행성기어는 링기어의 내부 이빨과 맞물립니다.
- 행성들은 회전하는 동안 태양 주위를 공전하기 시작합니다.
- 캐리어는 이 궤도 운동을 포착하여 출력으로 전달합니다.
이 설계의 핵심은 부하 분산입니다. 기존 기어박스는 한 쌍의 톱니로 모든 토크를 전달하는 반면, 유성 기어박스는 그 부하를 여러 개의 유성 기어로 분산합니다. 따라서 동일한 면적에서 훨씬 더 많은 토크를 전달할 수 있습니다.
엔지니어들이 행성 기어박스를 선택하는 이유는 무엇일까요?
좁은 공간에서도 강력한 토크를 발휘합니다.
하중은 단일 치점 대신 3~6개의 유성 기어에 분산됩니다. 즉, 기존 기어박스는 하나의 치점에만 의존하는 반면, 이 기어박스는 여러 개의 치 쌍을 동시에 맞물리게 됩니다.
유성 기어박스는 비슷한 크기의 기존 기어박스보다 훨씬 더 큰 토크를 전달할 수 있습니다. 유성 기어박스를 더 많이 추가하면 토크 용량도 그에 비례하여 증가합니다. 부하를 공유하는 유성 기어박스 6개는 유성 기어박스 3개보다 약 두 배 높은 토크를 처리할 수 있습니다.
그들은 에너지를 거의 낭비하지 않습니다
단일 단계 유성 기어 박스 95~97%의 효율을 달성합니다. 입력 전력의 3~5%만 손실됩니다.
2단계 시스템은 단계를 곱하기 때문에(98% × 98%) 96%의 효율을 유지합니다. 3단계 구성에서도 94%의 효율(98% × 98% × 98%)을 제공합니다.
이 방식은 대부분의 대안보다 훨씬 뛰어납니다. 웜 기어박스는 일반적으로 30~60%의 효율로 작동합니다. 40~70%의 에너지 손실은 관리해야 할 열과 매 작동 시간마다 지불해야 하는 전기 요금으로 사용됩니다.
동축 설계로 통합이 간소화됩니다.
입력 및 출력 샤프트가 동일한 축에 위치합니다. 이러한 인라인 배열은 오프셋 샤프트나 직각 드라이브를 고려할 필요가 없으므로 장착이 간편합니다.
중첩된 구성은 공간 요구 사항을 최소화합니다. 모든 동작이 세로로 펼쳐지는 것이 아니라 여러 겹으로 이루어집니다. 각 단계를 끝에서 끝까지 쌓아야 하는 다단 병렬 축 기어박스에 비해 축 방향 길이가 더 짧습니다.
유연한 비율 옵션을 얻을 수 있습니다
단일 스테이지 유성 기어박스는 3:1에서 최대 10:1까지의 기어비를 제공합니다. 최적의 기어비는 4:1에서 8:1 사이이며, 이 비율에서 성능, 효율, 그리고 수명의 최적의 조합을 얻을 수 있습니다.
더 높은 비율이 필요하신가요? 여러 단계를 중첩하세요. 2단계 시스템은 비율을 곱합니다. 1단계 5:1과 2단계 6:1을 합치면 전체 비율은 30:1이 됩니다.
또한, 어떤 부품을 고칠지 선택하면 세 가지 작동 모드를 사용할 수 있습니다. 링 기어를 잠그면 표준 감속이 적용됩니다. 선 기어를 잠그면 중간 감속이 적용됩니다. 캐리어를 잠그면 출력 방향이 반전되어 속도가 증가합니다.
행성기어비를 계산하는 방법은?
윌리스 방정식은 모든 것을 말해줍니다
행성 기어박스의 기본 공식은 다음과 같습니다. (R + S) × Tc = R × Tr + Ts × S
R은 링 기어의 잇수입니다. S는 선 기어의 잇수입니다. Tc, Tr, Ts는 각각 캐리어, 링, 선 기어의 회전수를 나타냅니다.
또한 다음 관계도 알아야 합니다. R = S + 2P, 여기서 P는 행성 기어의 이빨 수입니다.
이 방정식을 사용하면 모든 구성에서 얻을 수 있는 정확한 출력 속도와 토크를 계산할 수 있습니다.
세 가지 주요 구성은 서로 다른 결과를 제공합니다.
행성형(링기어 고정):
가장 일반적인 구성입니다. 링 기어를 잠그고, 태양을 통해 입력을 받고, 캐리어에서 출력합니다.
귀하의 비율 공식은 (R + S) / S로 간소화됩니다.
60톱니 링과 20톱니 선 기어를 사용하면 (60 + 20) / 20 = 4:1의 감속비를 얻을 수 있습니다. 이 구성은 높은 토크 출력으로 감속하는 데 매우 효과적입니다. 일반적으로 감속비는 4:1에서 10:1까지입니다.
태양형(태양기어 고정):
태양기어를 잠그고, 링을 통해 입력하고, 캐리어에서 출력합니다.
비율은 다음과 같습니다: 1 + (S / R)
동일한 60톱니 링과 20톱니 선휠을 사용하면 1 + (20 / 60) = 1.33:1의 감속비를 얻을 수 있습니다. 따라서 1.5:1에서 3:1 사이의 적당한 감속비가 제공됩니다. 감속비가 크게 필요하지 않을 때 이 방식을 사용하면 좋습니다.
고정 통신사 유형:
캐리어를 잠그고, 태양을 통해 입력하고, 링에서 출력합니다.
귀하의 비율은 -R / S입니다(음수 부호는 회전 방향이 반대임을 의미함)
예제 숫자를 사용하면 -60 / 20 = -3:1이 됩니다. 출력은 입력과 반대 방향으로 회전합니다. 일부 애플리케이션에서는 속도 감소보다는 속도 증가가 필요한데, 이 구성이 바로 그 역할을 합니다.
