기어 작동 방식 - 굴삭기기어(주)

기어는 수많은 기계 장치에 사용됩니다. 가장 중요한 것은 전동 장비의 기어 감소를 제공한다는 것입니다. 매우 빠르게 회전하는 작은 모터는 종종 장치에 충분한 전력을 제공할 수 있지만 물체가 축에서 회전하거나 비틀리게 하는 힘인 토크가 충분하지 않기 때문에 이것이 중요합니다. 예를 들어, 전동 드라이버는 나사를 돌리는 데 많은 토크가 필요하기 때문에 기어 감속(전기 모터와 같은 회전 기계의 속도 감소)이 매우 큽니다. 그러나 모터는 고속에서 소량의 토크만을 생성합니다. 기어 감속을 사용하면 토크가 증가하는 동안 출력 속도가 감소될 수 있습니다.

기어는 회전 방향도 변경합니다. 예를 들어, 자동차 뒷바퀴 사이의 차동 장치에서 동력은 자동차 중앙을 따라 흐르는 샤프트를 통해 전달되며, 차동 장치는 그 동력을 바퀴에 적용하기 위해 90도 회전해야 합니다.

다양한 유형의 기어에는 많은 복잡성이 있습니다. 이 글에서 우리는 기어의 톱니가 어떻게 작동하는지 정확히 배우고 모든 종류의 기계 장치에서 볼 수 있는 다양한 유형의 기어에 대해 이야기할 것입니다.

특히 자동차의 경우 기어비에 대해 들어보셨을 것입니다. 기어비는 입력축이 1회전할 때 출력축이 회전하는 횟수를 말합니다. 기어비가 2:1이면 작은 기어는 두 번 회전하고 큰 기어는 한 번만 회전합니다. 이는 또한 더 큰 기어가 작은 기어보다 두 배 더 많은 톱니를 가지고 있음을 의미합니다. 더 큰 기어를 "기어"라고 부르고 작은 기어를 피니언이라고도 합니다.

우리가 볼 수 있는 가장 원시적인 유형의 기어 중 하나는 나무못이 튀어나온 바퀴입니다. 이러한 유형의 기어의 문제점은 기어가 회전함에 따라 각 기어의 중심에서 접촉점까지의 거리가 변한다는 것입니다. 이는 기어가 회전함에 따라 기어비가 변경됨을 의미하며, 이는 출력 속도도 변경됨을 의미합니다. 자동차에 이와 같은 기어를 사용하면 일정한 속도를 유지하는 것이 불가능합니다. 끊임없이 가속하고 감속하게 됩니다.

많은 현대 기어는 인벌류트(involute)라고 불리는 특별한 치형을 사용합니다. 이 프로파일은 두 기어 사이의 일정한 속도 비율을 유지하는 매우 중요한 특성을 가지고 있습니다. 위의 페그 휠과 마찬가지로 접점이 움직이지만 인벌류트 기어 톱니의 모양이 이러한 움직임을 보상합니다.

이제 다양한 유형의 기어를 살펴보겠습니다.

스퍼 기어는 가장 일반적인 유형의 기어입니다. 직선형 톱니를 가지며 평행 샤프트에 장착됩니다. 때로는 매우 큰 기어 감소를 생성하기 위해 많은 스퍼 기어가 한 번에 사용됩니다.

평기어는 전기 드라이버, 춤추는 괴물, 진동하는 스프링클러, 와인드업 알람시계, 세탁기, 의류 건조기 등 HowStuffWorks 곳곳에서 볼 수 있는 다양한 장치에 사용됩니다. 그러나 당신의 차에서는 많은 것을 찾을 수 없습니다.

평기어 소리가 정말 클 수 있기 때문입니다. 기어 톱니가 다른 기어의 톱니와 맞물릴 때마다 톱니가 충돌하고 이 충격으로 인해 소음이 발생합니다. 또한 기어 톱니에 가해지는 응력도 증가합니다.

기어의 소음과 응력을 줄이기 위해 자동차의 대부분의 기어는 나선형으로 되어 있습니다. 이에 대해서는 다음에 설명하겠습니다.

헬리컬 기어의 톱니는 기어 면에 대해 비스듬히 절단됩니다. 헬리컬 기어 시스템의 두 톱니가 맞물리면 접촉은 톱니의 한쪽 끝에서 시작하여 두 톱니가 완전히 맞물릴 때까지 기어가 회전함에 따라 점차 증가합니다.

헬리컬 기어의 점진적인 결합으로 인해 스퍼 기어보다 훨씬 부드럽고 조용하게 작동합니다. 이러한 이유로 헬리컬 기어는 거의 모든 자동차 변속기에 사용됩니다.

헬리컬 기어의 톱니 각도로 인해 기어가 맞물릴 때 기어에 추력 하중이 생성됩니다. 헬리컬 기어를 사용하는 장치에는 이러한 스러스트 하중을 지탱할 수 있는 베어링이 있습니다.