기어는 서로 맞물릴 수 있는 톱니 모양의 기계 부품으로, 기계 변속기 및 기계 전 분야에 적용 범위가 매우 넓습니다. 오늘의 글을 읽고 나면 기어의 과거와 현재를 파악하실 수 있을 것입니다.
이미 기원전 350년에 유명한 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스는 자신의 문서에 기어를 기록했습니다. 기원전 250년경, 수학자 아르키메데스도 그의 문헌에서 터번 벌레가 달린 권양 기계의 사용을 설명했습니다. 서기 이전의 기어들은 현재 이라크의 하트라 유적지에 아직도 보존되어 있습니다.
중국 기어의 역사도 유구합니다. 역사적 기록에 따르면, 고대 중국에서는 기원전 400년에서 200년 사이에 이미 기어가 사용되었습니다. 중국 산시(山西)성에서 출토된 청동기어는 현재까지 발견된 가장 오래된 기어이다. 고대의 과학기술 성과를 반영하고 기어 메커니즘을 중심으로 한 가 대표적인 예입니다. 15세기 후반, 이탈리아 르네상스 시대, 유명한 박식가 레오나르도 다 빈치는 기어 기술의 역사는 물론 문화와 예술에도 지울 수 없는 족적을 남겼습니다. 500년이 넘는 세월이 흐른 지금도 오늘날의 기어는 그의 스케치의 프로토타입을 그대로 유지하고 있습니다.
사람들이 운동을 정확하게 전달할 수 있는 기어 톱니의 모양을 연구하기 시작한 것은 17세기 말이 되어서였습니다. 18세기 유럽 산업 혁명 이후 기어 변속기의 적용이 점점 더 널리 퍼졌습니다. 처음에는 사이클로이드 기어로, 그다음에는 인벌류트 기어로, 인벌류트 기어가 응용 분야에서 지배적인 위치를 차지했던 20세기 초까지였습니다. 그 후, 변속 기어, 서큘러 아크 기어, 베벨 기어, 헬리컬 기어 등 다양한 유형의 기어가 개발되었습니다.
최신 기어 기술은 다음과 같은 이정표에 도달했습니다. 기어 계수는 0.004에서 100mm까지입니다. 1mm에서 150m까지의 기어 직경; 최대 100,000 킬로와트의 전력 전송 용량; 분당 최대 100,000 회전 속도; 최고 주변 속도는 초당 300미터에 이릅니다.
국제적으로 동력전달 기어장치는 소형화, 고속화, 표준화를 향해 진화하고 있습니다. 특수기어의 적용, 유성기어장치의 개발, 저진동, 저소음 기어장치의 연구개발 등이 기어설계의 특징 중 일부입니다.
기어의 종류는 다양하며, 가장 일반적인 분류 방법은 기어의 축을 기준으로 합니다. 일반적으로 평행축, 교차축, 交错轴의 세 가지 유형으로 구분됩니다.
평행축 기어: 평기어, 헬리컬 기어, 내부 기어, 랙, 헬리컬 랙 등이 포함됩니다.
교차축 기어: 직선 베벨 기어, 나선형 베벨 기어, 0도 베벨 기어 등이 포함됩니다.
교차축기어 : 하이포이드기어, 웜기어, 베벨헬리컬기어 등이 포함됩니다.
평행축 및 교차축 기어 쌍의 맞물림은 기본적으로 롤링이며 상대 슬라이딩이 거의 없으므로 효율성이 높습니다. 상대 미끄럼을 통해 회전을 만들어 동력 전달을 하는 교차축 헬리컬 기어와 웜 기어는 마찰의 영향을 크게 받고, 다른 기어에 비해 전달 효율이 낮습니다. 기어의 효율은 일반적인 조립 조건에서의 전달 효율을 나타냅니다. 설치가 올바르지 않은 경우, 특히 베벨 기어의 조립 거리가 올바르지 않아 콘 교차점에서 오류가 발생하는 경우 효율성이 크게 감소합니다.
01 평행축 기어
평기어
축과 평행한 톱니를 가진 원통형 기어입니다. 제작이 쉽기 때문에 동력 전달에 가장 널리 사용됩니다.
랙
스퍼 기어와 맞물리는 선형 기어 톱니. 평기어의 피치원 직경이 무한히 커지는 특수한 경우라고 볼 수 있습니다.
내부 기어
링 안쪽에 톱니가 가공되어 평기어와 맞물리는 기어입니다. 주로 유성 기어 전달 메커니즘 및 기어 커플 링에 사용됩니다.
헬리컬 기어
나선 형태의 톱니가 있는 원통형 기어입니다. 평기어에 비해 강도가 높고 작동이 부드러워 널리 사용되고 있습니다. 전송 중에 축 추력이 생성됩니다.
헬리컬 랙 헬리컬 기어와 맞물리는 스트립 모양의 기어입니다. 무한히 큰 피치 직경을 갖는 헬리컬 기어.
헤링본 기어(Herringbone Gears) 왼나사와 오른나사가 결합된 2개의 헬리컬 기어로 구성된 기어입니다. 축 방향으로 추력이 발생하지 않는다는 장점이 있습니다.
직선형 베벨 기어 피치 콘의 생성 라인과 평행한 톱니를 가진 베벨 기어입니다. 베벨기어 중 상대적으로 제작이 용이하여 변속기 분야에 폭넓게 적용됩니다.
나선형 베벨 기어 곡선 톱니와 나선 각도가 있는 베벨 기어입니다. 스트레이트 베벨기어에 비해 제작이 어렵지만 고강도, 저소음 기어로도 널리 사용되고 있습니다.
제롤 베벨기어
나선 각도가 0도인 곡선형 베벨 기어입니다. 직선형 베벨기어와 곡선형 베벨기어의 특성을 모두 갖고 있기 때문에 톱니면에 가해지는 힘은 직선형 베벨기어와 동일합니다.
원통형 웜 기어 원통형 웜 기어는 원통형 웜과 이에 맞물리는 웜 기어의 조합을 의미합니다. 주요 특징은 원활한 작동과 단일 쌍으로 큰 변속비를 달성할 수 있는 능력이지만 효율이 낮다는 단점이 있습니다.
교차축 헬리컬 기어 교차축 사이를 전달할 때 원통형 웜 기어의 이름입니다. 헬리컬 기어 쌍 또는 스퍼 기어가 있는 헬리컬 기어가 있는 상황에서 사용할 수 있습니다. 작동은 부드럽지만 가벼운 부하에만 적합합니다.
페이스 기어 스퍼 또는 헬리컬 기어와 맞물릴 수 있는 디스크 모양의 기어입니다. 수직축과 교차축 사이의 전송에 사용됩니다.
드럼 웜 기어 드럼 모양의 웜과 이에 맞물리는 웜 기어의 조합입니다. 제조가 더 어렵지만 원통형 웜기어에 비해 무거운 하중을 전달할 수 있습니다.
하이포이드 기어 교차축 사이의 전달을 위한 원추형 기어입니다. 크고 작은 기어 모두 나선형 베벨 기어와 유사하게 편심 가공되며 맞물림 원리가 매우 복잡합니다.
