직선 기어는 샤프트와 평행한 직선 이빨로 알려진 가장 단순한 형태의 기어입니다. 이 기어는 다양한 기계의 기본 구성 요소입니다.
그들의 간단한 설계는 소음 증가 및 제한된 고속 성능과 같은 문제로 이어져 일부 애플리케이션에는 이상적이지 않습니다. 이 블로그 게시물은 직선 기어의 역학, 장점 및 단점과 함께 제조 공정과 나선형 기어와의 비교를 살펴봅니다.
스트레이트 컷 기어란 무엇입니까?
직선 기어(straight cut gear)는 스퍼 기어라고도 하며, 회전축과 평행한 톱니를 가진 원통형 기어입니다. 직선 기어의 톱니는 기어 메시 평행 축 구성의 다른 직선 기어의 톱니와 결합된 기어입니다. 이러한 유형의 기어는 동력 전달 시스템에 사용되는 가장 간단하고 일반적인 기어 설계 중 하나입니다.
직선형 기어는 원주 주위에 균일하게 간격을 둔 이빨이 있는 원통형 휠로 구성됩니다. 이빨 프로필은 일반적으로 인벌류트 곡선으로 기어 간에 부드럽고 효율적인 동력 전달을 제공합니다. 인벌류트 프로필은 기어 이빨이 지점이 아닌 선을 따라 접촉하도록 하여 응력 집중을 줄이고 더 나은 하중 분포를 허용합니다.
스트레이트 컷 기어는 어떻게 작동합니까?
직선 절단 기어는 평행한 샤프트 사이에서 이빨의 맞물림을 통해 회전 운동과 동력을 전달합니다. 직선 절단 기어의 작동 원리는 기어 이빨이 서로 맞물리는 롤링 운동에 기반을 두고 있으며, 이는 구동 기어의 회전 운동을 피동 기어의 회전 운동으로 변환합니다.
두 개의 직선 컷 기어가 맞물릴 때, 구동 기어(입력 기어)의 이빨은 구동 기어(출력 기어)의 이빨과 맞물립니다. 기어 이빨의 인벌류트 프로파일은 부드럽고 지속적인 운동과 힘의 전달을 보장합니다. 구동 기어가 회전할 때, 이빨은 구동 기어의 이빨에 접선력을 가하여 반대 방향으로 회전하게 합니다.
스트레이트 컷 기어의 장점
- 고효율: 직선 기어는 일반적으로 96%~99% 범위로 뛰어난 동력 전달 효율을 제공합니다.
- 발열 감소: 높은 효율성과 이빨 사이의 최소한의 미끄러짐 접촉으로 인해 직선 기어는 작동 중 열 발생이 적습니다.
- 간소화된 설계 및 제조: 직선 기어는 나선형 기어나 베벨 기어와 같은 보다 복잡한 기어 유형에 비해 제조하기 쉬운 간단하고 직관적인 설계가 특징입니다.
- 저속에서 높은 하중 용량: 스트레이트 컷 기어는 저속에서 높은 하중을 전달하는 데 탁월합니다. 스트레이트 톱니는 더 큰 접촉 영역을 제공하여 더 나은 하중 분배와 증가된 토크 용량을 가능하게 합니다.
- 축추력 없음: 나선형 기어와 달리 직선 절단 기어는 작동 중에 축 추력을 생성하지 않습니다. 즉, 기어는 반경 방향과 접선 방향으로만 힘을 전달합니다.
- 가벼움: 직선 기어는 톱니 모양의 구조가 더 단순하기 때문에 일반적으로 나선형 기어보다 가볍습니다.
- 비용 효율성 : 직선 기어의 단순화된 설계와 제조 공정은 복잡한 가공 작업을 덜 필요로 하며 다양한 재료를 사용하여 생산할 수 있어 생산 비용을 더욱 절감할 수 있습니다.
- 클러치리스 업시프팅: 경주용 차량이나 고성능 차량과 같은 일부 자동차 응용 분야에서는 스트레이트 컷 기어를 사용하면 클러치 없이 상향 변속이 가능합니다.
스트레이트 컷 기어의 단점
- 소음 및 진동 증가: 스트레이트 컷 기어의 주요 단점 중 하나는 나선형 기어에 비해 소음과 진동 수준이 더 높다는 것입니다. 스트레이트 이빨은 더 갑작스러운 맞물림 동작을 만들어 기어 윙윙거림과 진동이 증가합니다. 이는 특히 고속 또는 무거운 하중에서 눈에 띄게 나타날 수 있습니다.
- 고속에서의 제한된 하중 용량: 직선 절단 기어는 저속에서 높은 하중을 전달하는 데 뛰어나지만, 고속에서는 하중 용량이 감소합니다. 고속에서 소음과 진동이 증가하면 조기 마모와 기어 수명이 단축되어 고속 응용 분야에 적합하지 않습니다.
- 나선형 기어에 비해 강도가 낮음: 직선 기어는 동일한 크기와 재질의 나선형 기어에 비해 굽힘 강도가 낮습니다. 나선 각도 직선 기어에서는 맞물리는 이빨 사이의 접촉 면적이 작아져 하중 지지 능력이 떨어지고 높은 응력 조건에서 이빨이 파손될 가능성이 더 커집니다.
- 도시 차량에는 적합하지 않습니다: 소음 및 진동 특성이 증가하기 때문에 스트레이트 컷 기어는 일반적으로 도시 주행을 위해 설계된 승용차에 사용하기에 적합하지 않습니다. 기어의 윙윙거림과 진동은 정제되지 않은 것으로 인식될 수 있으며 현대 도시 차량에서 기대되는 소음, 진동 및 거칠음(NVH) 표준을 충족하지 못할 수 있습니다.
직선 절단 기어의 종류
외부평기어
외부 스퍼 기어는 가장 일반적인 유형의 스트레이트 컷 기어입니다. 이들의 이빨은 기어 블랭크의 바깥쪽 원주에서 회전 축과 평행하게 절단됩니다. 이빨은 같은 평면에서 다른 외부 스퍼 기어의 이빨과 맞물립니다.
외부 스퍼 기어는 시계와 가전제품부터 산업 기계에 이르기까지 모든 것의 동력 전달에 다재다능한 선택입니다. 간단한 설계로 생산 및 구현이 쉽습니다.
내부 평기어
내부 스퍼 기어라고도 함 환형 기어 링 기어는 기어 링의 내주면에 톱니가 가공되어 있습니다. 링 기어는 링 내부에 위치한 피니언이라고 하는 외부 스퍼 기어와 맞물립니다.
내부 스퍼 기어의 지오메트리는 외부 스퍼 기어에 비해 더 높은 하중 용량과 감소된 백래시를 허용합니다. 자동차 변속기, 기어 펌프 및 견고하고 공간 절약형 기어 세트가 필요한 기타 응용 분야에서 자주 발견됩니다.
수정된 스퍼 기어
수정된 스퍼 기어는 기본 스퍼 기어 이빨 프로필을 수정하여 성능을 개선합니다. 이러한 수정에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 프로필 시프트: 기어 중심에서 이빨 모양을 바깥쪽 또는 안쪽으로 이동
- 부록 수정: 피치원 위의 이빨 높이를 늘리거나 줄입니다.
- 치아 두께 수정: 피치원에서 이빨의 두께 변경
교정된 스퍼 기어는 터빈, 압축기, 공작기계와 같은 고성능 기계에 자주 사용됩니다.
직선 절단 기어의 응용 분야
- 산업 기계: 공작기계, 컨베이어, 인쇄기, 섬유장비
- 운송: 자동차 변속기, 오토바이 기어박스, 항공기 엔진
- 소비재: 전동공구, 가전제품, 장난감, 시계
- 농업: 트랙터, 수확기, 관개 시스템, 식품 가공 장비
- 건설: 토목기계, 크레인, 드릴링 장비, 콘크리트 믹서
- 에너지: 풍력 터빈, 수력 발전기, 석유 및 가스 장비
직선 절단 기어 제조
기어 호빙
기어 호빙은 스퍼 기어를 제조하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 호브라고 하는 나선형 절삭 공구를 사용하여 기어 이빨을 점진적으로 기어 블랭크로 절단합니다. 호브와 기어 블랭크는 동기화된 방식으로 회전하여 이빨 프로필을 만듭니다.
기어 호빙 공정은 자동차, 항공우주 및 중장비 산업에서 대량 기어 생산을 위해 널리 사용됩니다.
기어 성형
기어 셰이핑은 기어 셰이퍼 커터라는 왕복 도구를 사용하는 기존 기어 제조 방법입니다. 원하는 기어 이빨의 역 프로파일을 가진 커터가 기어 블랭크에 공급되어 한 번에 한 이빨씩 절단됩니다.
기어 성형은 대구경 기어 생산에 자주 사용됩니다. 내부 기어그리고 톱니 모양의 어깨 부분이 가공하기 어려운 기어.
기어 밀링
기어 밀링은 회전 밀링 커터를 사용하여 기어 블랭크에서 재료를 제거하고 톱니 프로파일을 형성하는 것을 포함합니다. 기어 톱니 공간에 보완적인 모양을 가진 커터는 기어 블랭크를 따라 공급되어 톱니를 절단합니다.
기어 밀링은 일반적으로 프로토타입 제작, 소량 생산, 비표준 치형을 가진 기어에 사용됩니다.
기어 브로칭
기어 브로칭은 브로치라고 하는 여러 개의 톱니가 있는 절삭 공구를 사용하여 재료를 제거하고 한 번의 패스로 기어 이빨을 형성하는 공정입니다. 브로치는 기어 블랭크를 통해 당겨지거나 밀려서 각 이빨이 최종 프로파일이 달성될 때까지 작은 절단을 합니다.
기어 브로칭은 자동차 산업에서 변속기 부품의 내부 기어와 스플라인을 생산하는 데 자주 사용됩니다.
기어 그라인딩
기어 연삭은 다른 방법으로 절단한 기어의 정확도, 표면 마감 및 톱니 프로파일을 개선하는 데 사용되는 마무리 공정입니다. 연마 연삭 휠을 사용하여 기어 이빨에서 소량의 재료를 제거하는 것을 포함합니다.
기어 연삭은 일반적으로 항공우주 및 자동차 변속 장치와 같은 고성능 응용 분야에 사용됩니다.
직선 기어 대 나선형 기어
| 특색 | 직선 기어 | 헬리컬 기어 |
|---|---|---|
| 치아의 기하학 | – 이빨은 회전축과 평행합니다. – 직사각형 이빨 모양 – 치아가 전체에 걸쳐 갑자기 맞물립니다. 얼굴 너비 | – 치아는 나선형 각도로 회전축에 기울어집니다. – 길쭉한 나선형 이빨 모양 – 이빨은 얼굴 너비에 따라 점차적으로 맞물립니다. |
| 접촉 패턴 | – 맞물리는 이빨 사이의 점 접촉 – 주어진 시간에 접촉하는 치아 수가 적음 – 더 높은 접촉 응력 및 마모 | – 맞물리는 이빨 사이의 선 접촉 – 주어진 시간에 더 많은 치아가 접촉함 – 접촉 응력 및 마모 감소 |
| 소음 및 진동 | – 갑작스러운 치아 맞물림으로 인한 소음 수준 증가 – 특히 고속에서 진동이 더 심함 – 추가적인 댐핑 조치가 필요할 수 있음 | – 점진적인 치아 맞물림으로 인한 소음 수준 감소 – 진동이 적고 조작이 더 부드럽습니다. – 고속 애플리케이션에 적합 |
| 축 추력 | – 축 추력 생성 없음 – 베어링은 반경방향 하중만 지지하면 됩니다. – 더 간단한 베어링 배열 | – 경사된 이빨로 인해 발생하는 축추력 – 베어링은 반경방향 하중과 축방향 하중을 모두 지지해야 합니다. – 더 복잡한 베어링 배열이 필요합니다. |
| 효율성: | – 높은 효율성, 일반적으로 98-99% – 슬라이딩 마찰 감소로 인한 전력 손실 감소 – 고속에서는 효율성이 감소합니다. | – 효율성이 약간 낮음, 일반적으로 96-98% – 슬라이딩 마찰 증가로 인한 전력 손실 증가 – 고속에서도 효율성 유지 |
| 부하 용량 | – 저속에서 높은 하중 용량 – 동적 효과로 인해 고속에서 하중 용량이 낮아짐 – 중장비, 저속 애플리케이션에 적합 | – 저속에서 적당한 하중 용량 – 향상된 하중 분배로 인해 고속에서 더 높은 하중 용량 – 광범위한 속도 및 하중에 적합 |
| 비용 | – 더 간단한 치아 모양으로 인해 제조 비용이 낮아짐 – 필요한 가공 작업 감소 – 소규모 생산에 더 경제적 | – 복잡한 치아 모양으로 인해 제조 비용이 더 높음 – 추가 가공 작업이 필요합니다. – 대량 생산 시 비용 효율성이 더 높음 |
