기어 유형, 용도 및 선택 기준 안내

기어는 기본적인 기계 구성 요소로서 톱니의 맞물림을 통해 동력과 운동을 전달합니다. 효과적인 기계 설계를 위해서는 기어 유형, 특성 및 선택 기준을 이해하는 것이 필수적입니다. 이 기사에서는 기어 분류, 업계 전반의 응용 분야 및 최적의 성능을 위한 주요 고려 사항을 살펴봅니다.

기어는 주로 샤프트 사이의 위치 관계에 따라 분류됩니다.

• 평행 샤프트 기어:스퍼 기어, 헬리컬 기어, 랙 및 내부 기어가 포함됩니다. 이는 일반적으로 높은 전송 효율을 제공합니다.
• 교차 샤프트 기어:주로 각도 샤프트 관계에도 불구하고 높은 전달 효율을 유지하는 베벨 기어입니다.
• 평행하지 않고 교차하지 않는 샤프트 기어:미끄럼 접촉으로 인해 상대적으로 효율이 낮은 웜 기어와 스크류 기어를 포함합니다.

가장 일반적인 평행 샤프트 기어는 축에 평행한 직선 톱니를 갖추고 있습니다. 심플한 디자인으로 고정밀 제조가 가능합니다. 헬리컬 기어와 달리 축 방향 추력 하중이 발생하지 않습니다.

각진 톱니가 있는 평행 샤프트 기어는 스퍼 기어보다 더 부드럽고 조용한 작동을 제공하며 더 높은 하중을 처리할 수 있습니다. 나선형 디자인은 스러스트 베어링이 필요한 축 스러스트를 생성합니다.

원통형 기어(피니언)와 맞물리는 선형 기어(랙)는 회전 운동을 선형 운동으로 변환합니다. 랙은 피치 반경이 무한한 스퍼 기어로 간주될 수 있습니다.

교차 샤프트용 원추형 기어에는 직선형 기어, 나선형 기어, 제로롤형 기어가 있습니다. 샤프트 사이의 동력 전달 방향을 효율적으로 변경합니다.

곡선 톱니를 특징으로 하는 이 기어는 직선형 베벨 기어에 비해 뛰어난 효율성, 강도 및 소음 특성을 제공하지만 제조 요구 사항은 더 복잡합니다.

이 교차하지 않는 샤프트 배열은 나사 모양의 웜과 짝을 이루는 휠을 결합합니다. 높은 감속비로 부드럽고 조용한 작동을 제공하는 반면, 슬라이딩 접촉은 효율성을 저하시킵니다.

원통이나 원뿔의 내부 표면에 톱니가 절단되어 있으며 주로 유성 기어 시스템 및 기어형 샤프트 커플링에 사용됩니다.

기어 유형 외에도 설계자는 여러 매개변수를 고려해야 합니다.

• 치수 사양:모듈, 잇수, 나선각, 면폭
• 정확도 표준:ISO, AGMA, DIN, JIS 분류
• 제조 공정:연삭 치아, 열처리 요구 사항
• 성능 매개변수:허용토크, 전달효율
• 치아 프로필:나선형(가장 일반적), 사이클로이드 또는 트로코이드 형태

기어는 다양한 산업 분야에서 중요한 기능을 수행합니다.

• 로봇 공학 및 휴머노이드 로봇
• 반도체 제조 장비
• 의료 기기 및 진단 기계
• 공작기계 및 산업 자동화
• 식품 가공 시스템

동력 전달을 넘어 기어는 혁신적인 기계 솔루션을 가능하게 합니다.

• 그립 메커니즘:쌍을 이루는 스퍼 기어는 조정 가능한 공작물 핸들링을 위해 동기화된 역동작을 생성합니다.
• 간헐적 모션 시스템:누락된 톱니 기어는 제네바 메커니즘에 대한 비용 효율적인 대안을 제공합니다.
• 단방향 전송:선택적 동력 전달을 위해 단방향 클러치와 결합
• 비상 차단 시스템:안전 작동을 위한 스프링 장착 기어 배열

범용 기어 표준이 없기 때문에 몇 가지 실질적인 고려 사항이 발생합니다.

• 맞춤형 사양에는 고유한 제조가 필요한 경우가 많습니다.
• 교체 기어에는 리버스 엔지니어링이 필요할 수 있습니다.
• 소량 생산으로 인해 상당한 비용 프리미엄이 발생함
• 표준 기어 활용으로 설계를 단순화하고 비용을 절감할 수 있습니다.

적절한 기어 선택을 위해서는 기술 요구 사항과 제조 현실의 균형이 필요합니다. 이러한 기본 원리를 이해하면 기계 설계자는 성능, 신뢰성 및 비용 효율성을 위해 동력 전달 시스템을 최적화할 수 있습니다.