다양한 종류의 스퍼 기어를 비교하는 방법

다양한 종류의 스퍼 기어를 비교할 때는 몇 가지 중요한 고려 사항이 있습니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다. 일반적인 적용 분야, 피치 직경, 그리고 애더넘 원. 이 글에서는 각 요소를 자세히 살펴보겠습니다. 이 글을 통해 각 유형의 스퍼 기어가 어떤 역할을 하는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 전기 모터를 구동하든 건설 기계를 구동하든, 용도에 맞는 기어를 사용하면 작업이 훨씬 수월해지고 장기적으로 비용을 절감할 수 있습니다.

일반적인 응용 프로그램

스퍼 기어는 다양한 용도로 사용되며, 특히 항공기, 기차, 자전거에 널리 사용됩니다. 또한 볼밀과 분쇄기에도 사용됩니다. 고속 저토크 특성 덕분에 산업 기계를 포함한 다양한 분야에 이상적입니다. 다음은 스퍼 기어의 일반적인 용도 몇 가지입니다. 가장 흔한 유형도 아래에 나열되어 있습니다. 스퍼 기어는 일반적으로 조용하지만, 몇 가지 한계점도 있습니다.
스퍼 기어 변속기는 외장형 또는 보조형으로 나뉩니다. 이 장치들은 전면 및 후면 케이스로 지지되며, 구동력을 부속 장치에 전달하여 기계를 구동합니다. 구동 속도는 일반적으로 5000~6000rpm이며, 원심식 브리더의 경우 20,000rpm까지 가능합니다. 이러한 이유로 스퍼 기어는 주로 대형 기계에 사용됩니다. 스퍼 기어에 대한 자세한 내용은 다음 영상을 참조하십시오.
스퍼 기어의 피치 직경과 직경 피치는 중요한 매개변수입니다. 직경 피치, 즉 톱니 수와 피치 직경의 비율은 두 스퍼 기어 사이의 중심 거리를 결정하는 데 중요합니다. 두 스퍼 기어 사이의 중심 거리는 각 피치 원의 반지름을 더하여 계산합니다. 애더넘 또는 톱니 프로파일은 톱니가 피치 원 위로 돌출된 높이를 나타냅니다. 피치 외에도 두 스퍼 기어 사이의 중심 거리는 두 기어 중심 사이의 거리로 측정됩니다.
스퍼 기어의 또 다른 중요한 특징은 저속 주행 능력입니다. 저속에서도 큰 동력을 생성할 수 있습니다. 하지만 소음 제어가 최우선 고려 사항이 아니라면 헬리컬 기어가 더 적합합니다. 헬리컬 기어는 축의 반대 방향으로 톱니가 배열되어 있어 소음이 적습니다. 다만 소음 수준을 고려할 때는 저속 주행 시 헬리컬 기어가 더 유리합니다.

건설

스퍼 기어 제작은 기어 블랭크 절삭으로 시작됩니다. 기어 블랭크는 부채꼴 모양의 금속 덩어리로 만들어지며 크기, 모양, 무게가 다양할 수 있습니다. 절삭 과정에서는 정확한 기어 형상을 만들기 위해 금형을 사용합니다. 그런 다음 기어 블랭크를 스크류 머신에 천천히 이송하여 원하는 모양과 크기가 될 때까지 가공합니다. 제조 공정에는 스퍼 기어 빌릿이라고 불리는 강철 기어 블랭크가 사용됩니다.
스퍼 기어는 중심 구멍과 파일럿 구멍, 두 부분으로 구성됩니다. 애더넘은 스퍼 기어 톱니의 가장 바깥쪽 끝을 따라 이어지는 원입니다. 루트 직경은 톱니 간격의 밑부분 지름입니다. 피치면에 접하는 평면을 압력각이라고 합니다. 스퍼 기어의 전체 직경은 애더넘과 디덴덤의 합과 같습니다.
피치 원은 톱니들의 배열과 각 톱니를 지름으로 나눈 선으로 이루어진 원입니다. 피치 원은 맞물린 두 기어 사이의 거리를 정의합니다. 중심 거리는 두 기어 사이의 거리입니다. 피치 원의 지름은 맞물리는 두 스퍼 기어 사이의 중심 거리를 결정하는 데 중요한 요소입니다. 중심 거리는 각 기어의 피치 원 반지름을 더하여 계산합니다. 디덴덤은 피치 원 위로 톱니가 올라간 높이입니다.
설계 과정에서 고려해야 할 다른 요소로는 제작에 사용되는 재료, 표면 처리 및 톱니 수 등이 있습니다. 어떤 경우에는 표준 기성품 기어가 가장 적합한 선택일 수 있습니다. 이러한 기어는 용도에 필요한 성능을 충족하면서 비용도 절감할 수 있습니다. 하지만 기어는 적절하게 윤활되지 않으면 수명이 단축됩니다. 스퍼 기어 윤활 방법에는 유체역학적 저널 베어링과 자체 윤활식 기어 등 여러 가지가 있습니다.

추가 사항 원

스퍼 기어에서 중요한 두 가지 치수는 피치 직경과 애더넘 원입니다. 피치 직경은 기어의 전체 직경이고, 피치 원은 기어 톱니 간격의 뿌리를 중심으로 하는 원입니다. 애더넘 계수는 피치 원과 애더넘 값의 함수인데, 애더넘 값은 기어 톱니의 맨 윗면과 맞물리는 기어의 피치 원 사이의 반경 거리입니다.
피치면은 피치 원의 오른쪽 면이고, 루트 원은 기어 이빨의 양쪽 면 사이의 공간을 나타냅니다. 디덴덤은 기어 이빨의 맨 위쪽과 피치 원 사이의 거리이며, 피치 직경과 애더덴덤 원은 이 두 원 사이의 반지름 방향 거리입니다. 피치면과 애더덴덤 원 사이의 차이를 클리어런스라고 합니다.
압력각이 20도일 때 스퍼 기어의 톱니 수는 16개 이상이어야 합니다. 하지만 강도와 접촉비가 설계 한계 내에 있다면 톱니 수가 16개인 기어도 사용할 수 있습니다. 또한, 프로파일 시프팅과 애더넘 수정으로 언더커팅을 방지할 수 있습니다. 양의 보정을 통해 애더넘 길이를 줄이는 것도 가능합니다. 다만, 음의 애더넘 원을 가진 스퍼 기어에서는 언더커팅이 발생할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
스퍼 기어의 또 다른 중요한 측면은 맞물림입니다. 따라서 표준 스퍼 기어는 피치 원이라고 하는 맞물림 기준 원을 갖습니다. 반면에 중심 거리는 두 기어의 중심축 사이의 거리입니다. 계산을 시작하기 전에 기어 시스템과 관련된 기본 용어를 이해하는 것이 중요합니다. 또한 동일한 기준 원을 사용하여 스퍼 기어를 맞물릴 수 있다는 점을 기억해야 합니다.

피치 직경

스퍼 기어의 피치 직경을 결정하려면 구동 방식, 구동 장치 유형, 피구동 장치 유형을 명시해야 합니다. 또한 제안된 피치 직경 값도 정의해야 합니다. 피치 직경이 작을수록 피니언에 가해지는 접촉 응력이 줄어들고 수명이 길어집니다. 스퍼 기어는 다른 유형의 기어보다 간단한 공정으로 제작됩니다. 스퍼 기어의 피치 직경은 압력각, 작동 깊이 및 전체 깊이를 결정하는 중요한 요소입니다.
피치 직경과 톱니 수의 비율을 직경 피치(DIAMETRAL PITCH)라고 합니다. 톱니는 축 방향 평면에서 측정됩니다. 필렛 반경(FILLET RADIUS)은 기어 톱니 밑면에 형성되는 곡선입니다. 완전 깊이 톱니(FULL DEPTH TEETH)는 작동 깊이가 일반적인 직경 피치의 2.000배인 톱니입니다. 허브 직경은 허브의 외경입니다. 허브 돌출부는 허브가 기어 면에서 돌출된 거리입니다.
미터법 스퍼 기어는 일반적으로 직경 피치로 표기됩니다. 이는 피치 원 직경 1인치당 톱니 수를 나타내며, 일반적으로 인치의 역수로 측정됩니다. 법선은 피치가 지정된 지점에서 톱니 표면과 교차합니다. 헬리컬 기어의 경우, 이 선은 피치 원통에 수직입니다. 또한, 피치 원통은 일반적으로 바깥쪽에서 헬릭스에 수직입니다.
스퍼 기어의 피치 직경은 일반적으로 밀리미터 또는 인치로 표기됩니다. 키홈은 축에 가공된 홈으로, 키가 축의 키홈에 끼워지도록 되어 있습니다. 일반적인 평면에서 피치는 인치 단위로 표기됩니다. 인벌류트 피치 또는 직경 피치는 인치당 톱니 수의 비율입니다. 다소 복잡해 보일 수 있지만, 스퍼 기어의 피치를 이해하는 데 중요한 측정값입니다.

재료

스퍼 기어의 가장 큰 장점은 하중과 관계없이 기어 톱니의 굽힘 응력을 줄여준다는 것입니다. 일반적인 스퍼 기어는 톱니 폭이 20mm이며, 3000N의 하중을 받으면 파손됩니다. 이는 재료의 항복 강도보다 훨씬 높은 값입니다. 스퍼 기어의 재료 특성은 다음과 같습니다. 스퍼 기어의 강도는 재료 특성에 따라 달라집니다. 기계에 가장 적합한 스퍼 기어 재료를 찾으려면 다음 단계를 따르십시오.
스퍼 기어에 가장 흔하게 사용되는 재료는 강철입니다. 강철에는 연성 주철과 스테인리스강 등 여러 종류가 있습니다. S45C 강철은 가장 일반적인 강철로, 탄소 함량은 0.45%입니다. 이 강철은 쉽게 구할 수 있으며 헬리컬 기어, 스퍼 기어, 웜 기어 제작에 사용됩니다. 내식성이 뛰어나 스퍼 기어에 널리 사용되는 재료입니다. 다음은 강철의 장점과 단점입니다.
스퍼 기어는 금속, 플라스틱 또는 이 두 재료의 조합으로 만들어집니다. 금속 스퍼 기어의 가장 큰 장점은 강도 대비 무게 비율이 우수하다는 것입니다. 금속은 강철보다 약 3분의 1 정도 가볍고 부식에 강합니다. 알루미늄은 강철이나 스테인리스강보다 가격이 비싸지만 가공성이 뛰어납니다. 또한, 설계 특성상 용도에 맞게 맞춤 제작이 용이합니다. 다용도성 덕분에 거의 모든 분야에 사용할 수 있습니다. 따라서 특정 용도에 맞는 스퍼 기어를 쉽게 찾을 수 있습니다.
스퍼 기어의 설계는 성능에 지대한 영향을 미칩니다. 따라서 적절한 재질을 선택하고 정확한 치수를 측정하는 것이 매우 중요합니다. 치수 측정은 성능뿐 아니라 품질과 신뢰성에도 중요한 요소입니다. 그러므로 업계 전문가들은 기어의 재질과 부품을 설명하는 용어들을 숙지하는 것이 필수적입니다. 또한, 생산 및 구매 주문의 정확성을 보장하기 위해서는 기어의 재질과 치수 측정에 대한 정확한 이해가 필수적입니다.

CX 편집, 2023년 11월 11일