중국 OEM 직각 샤프트 S 시리즈 헬리컬 웜 기어박스 (저소음 헬리컬 기어박스 설계)

헬리컬 기어박스

일반적으로 헬리컬 기어박스는 두 개의 기어로 구성됩니다. 두 기어에는 톱니가 있으며 서로 맞물려 있습니다. 이 두 기어는 함께 작동하여 토크와 속도를 전달합니다. 이러한 유형의 기어박스는 매우 다양한 분야에서 사용됩니다.

작동 원리

헬리컬 기어는 제조 비용이 저렴할 뿐만 아니라 직선형 스퍼 기어에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 작동이 더 부드럽고 진동과 소음이 적습니다. 또한 스퍼 기어보다 더 큰 하중을 전달할 수 있습니다. 이러한 기어는 식품 가공, 플라스틱 산업, 석유 산업 등 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
헬리컬 기어의 또 다른 중요한 특징은 톱니가 부드럽고 점진적으로 맞물린다는 점입니다. 이는 특히 무거운 하중을 받을 때 기어가 더욱 원활하게 작동하도록 도와줍니다. 이러한 과정은 충격과 백래시를 줄이고 마모 또한 감소시킵니다.
이 외에도 나선 각도는 용도에 맞게 조정할 수 있는 변수입니다. 각도는 일반적으로 왼쪽 또는 오른쪽이며, 보는 방향에 따라 달라질 수 있습니다.
헬리컬 기어는 컨베이어, 송풍기, 엘리베이터와 같은 밀폐형 기어 구동 장치에 주로 사용됩니다. 부드러운 작동을 제공하여 조용한 작동이 요구되는 용도에 적합합니다. 하지만 헬리컬 기어는 스퍼 기어보다 동력 전달 효율이 떨어집니다.
헬리컬 기어의 상대 접촉 응력(RCS)은 스퍼 기어의 경우와 유사합니다. 그러나 헬릭스에 따라 달라지는 양인 부피 Vi는 다릅니다. 이 부피는 헬리컬 포켓의 전체 부피로 정의되며, 면의 폭을 따라 적분하여 계산됩니다. 일반적인 포켓의 부피는 헬릭스가 없는 헬리컬 포켓의 부피보다 큽니다.
또한 접촉비가 감소합니다. 이는 두 톱니가 서로 평행하지 않기 때문입니다. 두꺼운 오일막이 톱니 간의 접촉을 방지합니다. 이 오일막은 또한 기어 톱니 표면을 냉각시키는 역할도 합니다.
서비스 팩터는 기어가 사용되는 조건을 고려한 수치입니다. 일반적으로 최대 토크와 실제 발생 토크의 비율로 나타냅니다.

능률

최근 실시된 변속기 측정 캠페인에서 13개의 상용 변속기를 대상으로 광범위한 테스트를 진행했습니다. 효율은 정격 토크 및 출력에서 ​​측정되었습니다. 본 논문에 제시된 효율 맵은 각 변속기의 효율이 상당히 유사함을 보여줍니다.
변속기의 효율은 기어의 톱니 수와 기어비에 따라 달라집니다. 기어비가 낮을수록 효율이 높아집니다.
효율은 부하 토크의 영향을 받습니다. 부하 토크가 높을수록 효율은 낮아집니다. 이는 특히 고비속 변속기에서 두드러집니다.
동력 손실은 접촉비와 오버랩비에도 영향을 받습니다. 고비속 변속기의 경우, 카탈로그상의 효율과 모델 기반 효율 간의 차이가 저비속 변속기보다 더 큽니다. 다행히 윤활 기술의 발전으로 이러한 격차가 줄어들고 있습니다.
헬리컬 기어박스는 업계에서 가장 효율적인 기어박스입니다. 평행 기어 간에 동력을 전달하며 스퍼 기어보다 소음이 적습니다. 또한, 기어가 부드럽고 매끄럽게 맞물리기 때문에 마모가 적고, 더 큰 동력 전달 용량을 제공합니다.
헬리컬 기어는 효율적이지만 기존 기어보다 가격이 비쌉니다. 하지만 장기적으로 보면 상당한 비용 절감 효과를 볼 수 있습니다. 따라서 용도에 맞는 기어박스를 선택하기 전에 헬리컬 기어박스의 장점을 고려하는 것이 중요합니다.
헬리컬 기어박스와 웜 기어박스의 효율을 비교하면 웜 기어박스가 더 효율적입니다. 하지만 그 효율 차이는 다른 많은 기어박스에 비해 크지 않습니다.
헬리컬 기어박스의 효율은 기어의 회전 속도에도 영향을 받습니다. 기어박스 베어링에는 적절한 윤활이 필수적이며, 구동계통의 공간 요구 사항 또한 고려해야 합니다.

응용 프로그램

헬리컬 기어박스는 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 대표적인 적용 분야로는 인쇄 산업, 고무 산업, 플라스틱 산업, 시멘트 산업, 토공 산업, 화학 산업 등이 있습니다.
헬리컬 기어박스는 컨베이어와 엘리베이터에도 사용됩니다. 내구성이 매우 뛰어나고 더 큰 하중을 견딜 수 있으며, 직선 기어박스보다 소음이 적습니다. 또한 많은 자동차 변속기에도 사용됩니다.
헬리컬 기어박스는 두 개의 평행한 축 사이에서 동력을 전달합니다. 스퍼 기어를 대체할 수 있는 좋은 대안이며, 크기가 작고 진동과 소음을 줄여줍니다. 또한 내구성이 뛰어나고 평행하지 않은 축에서도 작동할 수 있습니다.
헬리컬 기어박스는 자동차 산업에서 가장 흔하게 사용됩니다. 엘리베이터, 컨베이어, 기타 중공업 분야에서도 매우 유용하며, 높은 감속 성능을 제공하고 자동화 제어 시스템에 널리 사용됩니다. 또한 광업 및 시멘트 산업에서도 사용됩니다.
헬리컬 기어박스는 다양한 변형을 통해 제작될 수 있습니다. 이는 산업별로 요구되는 기어박스가 다를 수 있기 때문에 중요합니다.
헬리컬 기어는 톱니 수가 많아 마모가 적습니다. 또한 스퍼 기어보다 소음이 적습니다. 큰 추력을 발생시킬 수 있는 능력 덕분에 고속 회전 응용 분야에 이상적입니다. 여러 축에 하중을 분산시킬 수 있으며, 충격과 진동이 심한 환경에서도 사용됩니다.
헬리컬 기어박스는 스퍼 기어보다 효율이 높습니다. 하지만 헬리컬 기어의 제조 비용은 스퍼 기어보다 더 높습니다.
헬리컬 기어박스는 직각 축 사이에서 동력을 전달하는 장점도 있습니다. 또한 충격 하중을 제거하는 교차축 기어와 함께 작동할 수 있습니다.

변형

다양한 산업 분야에 맞춰 여러 종류의 헬리컬 기어박스가 시중에 나와 있습니다. 자동차 변속기를 비롯한 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 스퍼 기어보다 소음이 적고 내구성이 뛰어나며 효율도 높습니다. 하지만 마찰과 마모가 더 많이 발생할 수 있다는 단점이 있습니다.
헬리컬 기어는 원통형 기어 본체를 중심으로 톱니가 각도를 이루며 회전하는 구조입니다. 기어 톱니의 절삭 각도를 헬릭스 각도라고 하며, 이 각도는 기어와 주변 환경에 맞게 조정할 수 있습니다.
나선각은 기어가 생성하는 축 방향 힘의 크기를 결정합니다. 나선각이 클수록 축 방향 힘이 더 많이 발생합니다. 이 증가된 축 방향 힘은 베어링에서 흡수해야 합니다. 압력각 또한 기어 톱니의 수직력과 곡률 반경에 직접적인 영향을 미칩니다.
헬리컬 기어는 병렬 또는 교차 구성으로 장착할 수 있습니다. 병렬로 연결된 헬리컬 기어는 정상적인 작동을 위해 동일한 피치와 압력각이 필요합니다. 교차로 연결된 헬리컬 기어는 스퍼 기어보다 조용하고 부드럽게 작동할 수 있으며, 더 높은 토크를 전달하는 데에도 사용할 수 있습니다.
헬리컬 기어는 단일 헬리컬과 이중 헬리컬 두 가지 유형으로 제공됩니다. 단일 헬리컬 기어는 스퍼 기어와 동일한 공구 및 장비를 사용하여 생산됩니다. 스퍼 기어와 달리 단일 헬리컬 기어는 접촉면적이 더 넓습니다. 또한 정밀 구동 장치에 더 적합합니다.
이중 나선형 기어는 헤링본 기어라고도 합니다. 이 기어는 두 개의 톱니 사이에 홈을 파서 만들어집니다. 이중 나선형 기어는 축 방향 힘을 제거할 수 있으며 높은 하중 지지력을 제공하는 데 사용됩니다.
헬리컬 기어는 일반적으로 저속 동력 전달에 사용됩니다. 또한 평행축과 비평행축을 연결하는 대안으로도 사용되며, 고속 회전에도 적합합니다.

툴팁 반경

헬리컬 기어박스 설계에 사용되는 여러 매개변수 중, 톱니 끝 반경은 가장 중요한 요소일 수 있지만, 직관적으로 이해하기 어려운 부분이기도 합니다. 헬리컬 기어 톱니의 직경을 추정하는 가장 좋은 방법은 톱니 기준 프로파일을 계산 기준으로 사용하는 것입니다. 나선 각도를 계산하는 데에도 유사한 절차가 사용됩니다. 공구 끝 부분이 너무 작으면 톱니가 언더컷되는 문제가 발생하는데, 톱니 수가 많은 기어에서 톱니 파손 가능성을 줄이려면 이러한 언더컷이 필수적입니다.
기어 애호가들에게는 헬리컬 기어박스 관련 도구와 공정이 매우 다양하며, 기어 끝단 직경은 그중 하나일 뿐입니다. 기어 설계 마니아들에게 다행스럽게도 헬리컬 기어박스에는 겉으로 보이는 것보다 훨씬 더 많은 요소가 있습니다. 예를 들어, 헬리컬 기어 톱니는 3차원 표면이므로 그 모양과 기능은 수학적 또는 수치적으로 계산할 수 있습니다.
날카로운 이빨 끝이 아찔하게 스쳐 지나가는 것 외에도, 헬리컬 기어박스는 제조 공정의 산물이기도 합니다. 주요 원인은 프로파일 시프트인데, 이는 기어 피치 직경과 절삭 공구의 기준선 사이의 거리입니다. 기어 설계자는 이 문제를 무시할 수도 있지만, 접촉비를 최대화하기 위해 설계 시 고려하는 경우가 많습니다. 즉, 기어 이빨은 각 기어 트레인의 토크를 견딜 수 있어야 합니다.
헬리컬 기어는 기하학적 구조로 이루어져 있으며, 기어를 설계할 때 가장 중요한 것은 톱니 굽힘 강도를 최소화하면서 톱니 굽힘 강성을 최대화하는 것입니다. 이를 위해서는 톱니 끝부분의 두께를 제한해야 합니다. 일반적으로 이는 교체하려는 기존 기어의 톱니 윤곽과 일치하는 형상의 톱니 프로파일을 사용하여 구현됩니다.

CX 편집, 2023년 5월 9일