중국산 고품질 고효율 헬리컬 기어박스 (유럽 시장용) 모터용 헬리컬 기어박스

헬리컬 기어박스 설계 방법

기본적으로 기어는 회전하는 원형 기계 부품으로, 토크나 속도를 전달하기 위해 톱니가 나 있습니다. 기어는 지렛대와 유사한 원리로 작동합니다. 하지만 기어는 일반적으로 비대칭 구조이며, 맞물리는 톱니들이 서로 맞물려 토크나 속도를 전달합니다.

나선각

직각 기어박스든 헬리컬 기어박스든, 기어 톱니의 각도는 중요한 고려 사항입니다. 이는 접촉비, 반경 방향 힘, 그리고 기어의 토크 용량에 영향을 미칩니다.
헬리컬 기어박스는 스퍼 기어와 기본 구성 요소는 같지만, 톱니 간격이 더 좁습니다. 또한 고하중 용도에 더 적합하며, 기존 기어보다 소음이 적습니다. 헬리컬 기어박스와 스퍼 기어의 주요 차이점은 피치와 헬릭스 각도입니다.
헬리컬 기어의 피치는 톱니 방향에 수직인 평면에서 측정됩니다. 이를 원주 피치라고도 합니다. 헬리컬 기어의 피치는 원주 피치보다 크거나 작을 수 있습니다.
헬리컬 기어의 정상 피치는 회전 방향에 수직인 평면에서 측정됩니다. 이를 기준값이라고도 합니다.
스퍼 기어와 달리 헬리컬 기어는 최적의 압력각이 따로 존재하지 않습니다. 헬리컬 기어의 접촉비는 압력각이 증가함에 따라 감소하는데, 이는 접촉선의 길이가 줄어들기 때문입니다.
헬리컬 유성 기어박스의 피치는 피니언과 기어의 전체 헬릭스 각도를 각각의 법선 압력각의 합으로 나누어 계산할 수 있습니다. 헬릭스 각도는 일반적으로 15도에서 30도 사이입니다.

중심 거리

헬리컬 기어박스 설계 시 기어 중심 거리는 매우 중요한 입력 변수입니다. 중심 거리는 정확하게 계산하고 실제 사용 조건에 따라 조정해야 합니다. 중심 거리가 너무 작으면 기어가 피치점이 아닌 다른 지점에서 맞물리게 되어 소음 증가, 조기 마모 및 진폭 변조 진동을 유발할 수 있습니다.
헬리컬 기어의 중심 거리를 계산하는 가장 좋은 방법은 헬릭스 각도를 계산하는 것입니다. 이는 흔히 기어의 기본 법칙으로 불립니다. 헬릭스 각도는 기어 톱니의 가로면과 세로면 사이의 관계를 나타내는 수학적 표현입니다. 피치 원의 지름은 헬릭스 각도가 커질수록 증가합니다.
기어의 톱니 개수 또한 중요한 입력 매개변수입니다. 헬릭스 각도를 결정할 때는 톱니 깊이, 피치 직경, 톱니 개수, 인덱스 원의 반지름 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 톱니 깊이는 바닥 간극을 계산하는 데 유용한 지표입니다.
나선형 맞물림을 설계할 때 반경 방향 및 축 방향 추력이 발생합니다. 기어의 각도 유격은 기어의 종류, 피치 직경 및 변속비에 따라 달라질 수 있습니다. 접촉선의 총 길이는 나선 각도에 따라 더 완만하게 변화합니다.
나선형 맞물림의 단면적 개수 또한 중요합니다. 방사형 모듈 형태는 제조 비용이 더 저렴합니다. 나선형 기어박스는 스퍼 기어에 사용되는 것과 동일한 치형 절삭 공구를 사용하여 생산할 수 있습니다.

백래시

맞물리는 기어의 원활한 회전은 매우 중요합니다. 하지만 백래시는 반드시 해결해야 할 문제입니다. 백래시를 제어하는 ​​방법은 여러 가지가 있으며, 필요한 백래시 값은 용도, 크기, 기어의 정밀도에 따라 달라집니다.
백래시를 줄이는 기본적인 방법은 두 가지입니다. 첫 번째는 기어 중심 사이의 거리를 줄이는 것이고, 두 번째는 스프링이 장착된 기어를 사용하는 것입니다. 후자는 토크가 낮은 단방향 구동 장치에 더 효과적입니다.
두 거리의 차이를 횡방향 접촉비라고 합니다. 거리가 길수록 더 많은 회전 운동량이 필요합니다. 각도 유격은 반경 방향 유격의 반대 개념입니다.
백래시는 두 기어 사이의 각도 거리로도 측정할 수 있습니다. 이 측정값은 작동 피치 원에서의 각도 값으로 변환할 수 있습니다. 웜 기어가 또 다른 예입니다.
올바른 백래시 계산기를 사용하면 헬리컬 기어박스의 정확한 백래시 값을 구할 수 있습니다. 백래시 값은 각 기어의 정밀도와 기어박스 종류에 따라 달라집니다.
기어박스에는 풀리, 베어링, 기어 휠과 같은 부품들이 있습니다. 백래시를 줄이는 방법에는 볼트와 심을 사용하여 기어 중심 거리를 줄이는 것을 포함하여 여러 가지가 있습니다. 고하중 작업에서는 견고한 볼트 조립 방식이 흔히 사용됩니다.
기어 트레인의 백래시를 계산하려면 트레인을 구성하는 각 기어의 기어비와 기준축과의 맞물림 정도를 알아야 합니다. 이 정보는 누적 백래시를 계산할 때 특히 유용합니다.

내구성

최적의 설계, 재료, 제조 및 유지보수 절차는 기어의 수명에 영향을 미칩니다. 여기에는 생산, 수리 및 교체 비용이 포함됩니다. 최적의 유지보수 일정은 수명 주기 비용 또한 고려해야 합니다.
기어의 수명은 적절한 톱니 끝단 가공을 통해 연장할 수 있습니다. 이는 마모를 줄이고, 맞물림을 개선하며, 기어의 수명을 늘려줍니다.
헬리컬 기어박스는 한 직각축에서 다른 직각축으로 동력을 전달하는 특수한 형태의 기어박스입니다. 대표적인 적용 분야로는 자동차 변속기가 있습니다. 고속, 고하중 또는 비평행축이 필요한 용도에 널리 사용됩니다. 스퍼 기어보다 소음이 적고 작동이 부드럽습니다. 헬리컬 기어박스에 사용되는 모듈식 생산 방식은 부품의 견고성과 성능 면에서 최상의 기준을 제공합니다.
헬리컬 기어박스의 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 스러스트 베어링입니다. 스러스트 베어링은 기어에서 발생하는 추력을 지탱하고 일부를 흡수할 수 있습니다. 헬리컬 기어박스는 부드러운 기어 변속이 필요한 고하중 응용 분야에 가장 적합합니다.
우수한 헬리컬 기어박스는 축 방향 하중을 견딜 수 있는 베어링으로 ​​제작된 것입니다. 공구 간극 확보를 위해 중앙에 홈이 있는 헬리컬 기어박스가 필요한 경우가 많습니다. 헬릭스 각도 또한 내구성에 영향을 미칩니다.
나선각은 헬리컬 기어에서 발생하는 최대 추력의 원천이기도 합니다. 이러한 큰 추력은 특수한 각도로 절삭된 일련의 톱니에 의해 생성됩니다. 이것이 헬리컬 기어가 고속 회전 분야에 사용되는 이유 중 하나일 수 있습니다.

소음

일반적으로 헬리컬 기어는 스퍼 기어보다 상대적으로 소음이 적은 기어로 여겨집니다. 축 방향 접촉비가 2인 헬리컬 기어 세트는 동일한 접촉비를 가진 스퍼 기어 세트보다 약 19dB 정도 소음이 적은 것으로 추정됩니다.
"윙윙거리는 소리"라는 용어는 기어 소음의 음색적 특징을 설명하는 데 자주 사용됩니다. 이는 기어 맞물림에 작용하는 동적 힘의 결과이며, 이러한 동적 힘은 회전 속도와 관련이 있습니다.
기어 소음에는 크게 두 가지 유형이 있습니다. 기어 자체에서 발생하는 소음과 주변 부품에서 발생하는 소음입니다. 이 두 가지 유형 모두 엔진의 동력을 전달하는 고속 기어에서 발생할 수 있습니다.
기어 특유의 소음은 접촉하는 톱니 수와 관련이 있을 수 있습니다. 접촉비가 낮으면 구동 기어의 회전 속도가 느려질 수 있습니다. 하지만 접촉비가 높다고 해서 변속 오차가 줄어드는 것은 아닙니다. 따라서 소음 저감 조치를 취하기 전에 설계 의도를 우선시하는 것이 중요합니다.
기어 소음의 음색적 특성은 일정 기간 동안 데이터를 수집 및 분석함으로써 파악할 수 있습니다. 여기에는 원하는 부하 범위 내의 부하에서 일련의 테스트를 수행하는 것이 포함될 수 있습니다. 이러한 측정 결과는 기어박스 소음의 근본 원인 분석을 위한 출발점이 될 수 있습니다.
기어별 소음은 여러 가지 메커니즘으로 발생합니다. 여기에는 앞서 언급한 변속기 오류 신호와 기어별 특유의 윙윙거리는 소음이 포함됩니다.

응용 프로그램

플라스틱, 인쇄, 시멘트 및 기타 중공업 분야에서 헬리컬 기어박스가 널리 사용됩니다. 헬리컬 기어박스의 장점으로는 낮은 전력 소비, 조용한 작동, 높은 하중 적용 능력 등이 있습니다. 하지만 몇 가지 한계점도 존재합니다. 예를 들어, 슬라이딩 접촉으로 발생하는 열은 효율을 저해하는 요인입니다. 또한 기어의 무게도 기어 성능에 영향을 미친다는 점을 유념해야 합니다.
헬리컬 기어를 맞물리는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 축을 특정 헬릭스 각도로 배치하여 맞물리는 것이고, 두 번째 방법은 축을 서로 다른 헬릭스 각도로 배치하는 것입니다. 이 각도 차이를 헬릭스 각도라고 합니다.
헬리컬 기어박스는 가장 널리 사용되는 기어박스입니다. 크기가 작고 효율이 높아 컨베이어, 냉각기, 기계 구동에 적합하며 자동화 제어 시스템에도 사용됩니다.
헬리컬 기어는 평행하지 않은 축에 스퍼 기어보다 자주 사용됩니다. 또한 자동차 및 엘리베이터용 기어박스에도 사용되며 진동을 줄여주는 효과도 있습니다.
기어는 축에 대해 각도를 이루는 특수한 톱니로 구성됩니다. 또한 톱니는 각도로 절삭되어 수직 맞물림이 가능합니다. 기어는 크게 교차축 기어와 단일 헬리컬 기어의 두 가지 기본 범주로 나눌 수 있습니다. 단일 헬리컬 기어는 오른손잡이형 또는 왼손잡이형일 수 있습니다. 교차축 기어는 일반적으로 평행한 축을 연결하는 데 사용됩니다.

CX 편집, 2023년 10월 19일