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오늘은 기어 기술에 대해서 알아보겠습니다. 기어는 흔히 볼수 있는 모양과 설비이지만 구체적으로 들어가 심도있는 내용을 기재 했습니다. 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
1. 기어
1) 기어의 정의
두 축 사이의 회전 운동을 전달하기 위한 기계요소이며 마찰자의 둘레에 이을 깎아 맞물려
돌아가도록 되어있는 것을 기어라 합니다.
2) 기어의 특성
① 동력전달이 확실하고, 큰 동력도 전달 할 수 있습니다.
② 회전비가 정확하고, 큰 감속비를 얻을 수 있습니다.
③ 축 압력이 작으며, 전동효율이 높습니다.
④ 소음과 진동이 발생할수 있습니다.
3) 기어의 종류
- 평기어 (스퍼어 기어)
- 내접기어 (인터널 기어)
- 헬리컬기어
- 베벨기어
- 윔과 윔휠
4) 각종 기어의 특징과 용도
(1) 평기어 (스퍼어 기어) : 톱니 줄기가 똑바로 뻗어 수래에 평행으로 되며 두 개의 평행을 되며 두 개의 평행인 축 사이에 회전 운동을 전달하는 기어입니다. 가장 일반적으로 사용되는 기어입니다. 평기어 특징은 간단하여 만들기 쉽고 축에 비스듬하게 힘이 가해지지 않습니다. 고속 회전의 경우 소음이 발생하기 쉽고 회전방향은 정, 역방행이 모두 가능합니다. 용도는 일반적인 동력전달용으로 사용됩니다.
(2) 인터널 기어 : 원통의 안쪽에 톱니를 달아 작은 기어를 내접시켜 두 축의 회전 방향은 같으며 높은 감속비를 얻어야 할 경우 등에 사용됩니다. 인터널 기어 특징은 장소를 차지하지 않기 때문에 동일방향의 회전이 가능하고 큰 기어와 작은 기어와 톱니 수의 차이가 적으면 조립할 수 없습니다. 원칙적으로 작은 기어로 인터널의 큰 기어를 돌립니다. 사용용도로는 감속비가 높은 유성기어장치 및 일반 동력 전달용으로 사용되어집니다.
(3) 헬리컬 기어 : 톱니 줄기를 축에 비스듬히 한 것으로 하중이 차츰 원화 해지면서 맞물림을 매끄럽게 합니다. 이 기어의 특징은 평기어보다 강도는 높고 고속 회전이라도 운동이 원활하여 충격이 적습니다. 톱니 줄기가 비스듬하기 때문에 맞물률이 크며 소음은 적습니다. 축 방향으로 트러스트럭이 생기고 제작이 까다롭습니다. 사용 용도로는 일반적인 전동 장치 인 자동차, 감속기 등에 사용됩니다.
(4) 직선 베벨 기어 : 원추의 끝머리를 향해 똑바로 된 베벨 기어이고 축 방향으로 가해지는 힘이 적은 게 특징입니다. 또한, 전동력이 클 때에는 별로 사용하지 않습니다. 공작기계 등 여러 기계장치 및 자동장치에 사용됩니다.
(5) 윔과 윔 기어, 원통 윔 기어, 장고형 윔 기어 : 톱니 수가 적은 나사 모야 쪽이 윔 (WORM), 이것과 맞물리는 기어를 윔 기어라고 합니다. 큰 감속비 (1:6 ~ 1:100)를 얻을 수 있습니다. 맞물림이 조용하고 원활하고 마찰이 크기 때문에 진동효율이 낮고 마모수명이 비교적 낮습니다. 축 방향의 트러스트가 큰 게 특징입니다. 사용용도는 감속장치, 하양기계, 즉 윈치나 체인블록, 공작기계 등 용도가 다양하게 사용됩니다.
5) 기어의 명칭
- 피치원 ( PITCH CIRCLE ) : 축에 수직인 평면과 피치면과 교차하여 이루는 면을 말합니다.
- 원주피치 (CIRCULAR PITCH ) : 피치원상의 하나의 이면에서 여기에 대응하는 상대 이간의 원호의 길이를 지칭합니다.
- 이두께 (TOOTH THICKNESS) : 피치원 상의 이의 폭을 말합니다.
- 이끝원 ( ROOT CIRCLE) : 이의 끝을 통과하는 원, 즉 기어의 외경을 뜻합니다.
- 이뿌리원 (ROOT CIRCLE) : 이뿌리를 통과하는 원입니다.
- 이끝높이 (ADDENDUM) : 피치원에서 이끝까지의 수직거리를 말합니다.
- 이뿌리 높이 (DEDENDUM) : 피치원에서 이뿌리원까지의 수직거리를 뜻합니다.
- 유효 이뿌리 (WORKING DEPTH) : 서로 물려 있는 한 쌍의 기어에서 물리고 있는 이높이 부부의 길이를 말합니다. 즉, 한쌍의 기어의 어덴덤을 합한 길이입니다.
- 총 이높이 ( WHOLE DEPTH) : 이의 전체 높이입니다.
- 클리어런스 (CLEARANCE) : 이뿌리원에서 상대 기어의 이끝원까지의 거리입니다.
- 뒤틈 (BACK LASH) : 한 쌍의 기어가 물렸을 때 이빨면 간의 간격을 말합니다.
- 이폭 ( FACE WIDTH) : 이의 축단면의 길이를 뜻합니다.
- 압력각 : 기어의 이와 이가 맞물려 돌아갈 때 이끝과 이뿌리가 맞물리도록 가공된 각도로써 각 공업규격에서 정해진 내용입니다.
① 압력각 20 º : 이의 모양이 뚱뚱하며 한국, 미국, 일본에서 주로 사용합니다.
② 압력각 14.5 º : 이의 모양이 홀쭉하여 유럽에서 주로 사용합니다.
6) 기어의 언더컷 (UNDER CUT)과 백래쉬 (BACK LASH)
(1) 언더컷 (UNDER CUT) 은 기어의 맞물림에 의해 이뿌리가 도려지는 현상입니다. 이 현상은 잇수가 적을 때나 두 기어의 잇수비가 클 때 발생하며 이의 간섭이라 합니다. 언더컷을 방지하기 위해서는 큰 기어의 이끝을 조금 자르고 작은 기어이 이끝을 키우는데 이런 기어를 전위거어라고 하며 전위하지 않은 기어를 표준기어 혹은 보통기어라고 합니다.
(2) 백래쉬 (BACK LASH)는 두 기어 사이의 원활한 운동을 위해 이와 이 사이에 만들어진 틈새입니다. 백래쉬를 주는 이유는 기어의 가공에서 발생하는 피치 (PITCH) 오차 보정, 윤활막 형성의 여유공간, 부하에 위한 기어 변형 여유, 베어링, 기어 박스 제작 오차에 대한 여유를 주기 위해서 백래쉬를 주고 있습니다. 백래쉬의 영향에서 백래쉬가 크면 기어의 흔들림이 크므로 기계적 타이밍에 영향을 줍니다. 소음이 발생하며 이끝의 마모나 파손이 발생합니다. 반대로 백래쉬가 작으면 기계적 진동이 발생하고 소음이 발생하며 이의 마모나 파탄이 발생됩니다. 윤활막의 형성이 이에 불가능하게 됩니다. 백래쉬를 주었을 때 측정은 방법은 백래쉬 구간에 연납을 집어넣어 눌린 양으로 점검합니다. 눌려진 연납 형태면 정상 중심부를 가위로 자르고 마이크로미터로 두께를 측정합니다. 측정 시 백래쉬의 2~3배 굵기의 납퓨즈를 사용하는 것이 좋습니다. 다른 측정 방법은 다이얼 게이지를 이용한 측정방법입니다. 피치 원주상의 백래쉬는 실제로는 다이얼 게이지의 스핀들 옆의 이끝에 접촉할 경우가 있으므로 약간 경사지게 해서 측정합니다.
7) 기어의 점검과 조치 방법
(1) 기어의 점검조치는 진동이 나 소리를 듣는 일상점검과 해체하여야 이의 마모를 보는 점검이 있습니다. 이미 오래전부터 꾸준히 해 온 점검 방법인데 최근에는 설비 진단기 등의 개발로 해체하지 않고도 이상 여부 판단도 할 수가 있게 되었습니다.
① 가동중일 때 점검과 그 조치로는 가동 중인 설비의 일상 점검 포인트는 아래 내용에서 서술하였습니다.
- 이 접촉의 면적은 어떤가? (나비, 길이, 이 접촉의 강약) , 이 접촉의 위치는 어떤가? (피치 원의 위, 좌우로 치우침, 상하로 치우침) 이에 따른 응급 및 항구처리 방법은 보전 기술자에게 연락 및 수리하도록 조치하는 것이 좋습니다.
- 유성의 열화 (또는 오염) 부분에 대한 감속기 바닥 부분의 침전물 성상 및 감속기에 거품이 생기면 수분이 형성이 된 것인지 확인합니다. 이에 따른 조치 방법은 정기적으로 사용하는 기름을 분석 검사하고 점검, 기름을 교환하며 교환할 때에 분진 침입을 방지하여 작업하는 것이 좋습니다.
8) 왜 이 접촉이 중요한가?
기어는 이의 맞물림으로 동력을 전달하는 것으로 이뿌리나 이면에 커다란 응력이 가해집니다. 따라서, 정상적인 이 접촉으로 맞물리지 않으면 이 뿌리의 응력이 커지거나 한쪽으로 치우쳐 이가 튀거나 그 외 결손 원인이 됩니다.
9) 기어 보전상 주의할 점
① 기어는 양쪽 산을 동시에 조정하지 말 것을 추천합니다. 접촉면을 맞추는 조정작업은 어떤 기준에 대해 비교하는 작업입니다. 따라서, 기어의 접촉 상태를 마무리할 경우 양쪽 산을 깎아서는 안됩니다. 기본적으로는 기어를 깎아서 마무리합니다.
② 기어 크기가 다를 때 조정하려면, 큰 쪽 기어에 광명단을 칠하지 마시기 바랍니다. 기어 조정작업에서 광명단을 큰 쪽 기어에 칠하면 큰 기어가 1회전 하는 동안에 여러 차례 접촉이 됩니다. 광명단은 반드시 작은 기어 쪽에 칠하고 큰 기어 쪽을 수정하는 것이 좋습니다.
이상 결론적으로 구동 및 전달 장치 보전 알아보기 중에서 기어에 대해서 알아보았습니다. 기어에 대해사 궁금한점이 다소 해소가 되었으면 좋겠습니다.