베벨 기어의 종류

베벨 기어는 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 바퀴형 굴삭기, 준설선, 컨베이어 벨트, 제분기 액추에이터, 철도 변속기 등에 사용됩니다. 베벨 기어의 나선형 또는 경사 베벨은 협소한 공간에도 적합하게 설계될 수 있습니다. 또한 로봇 공학 및 압연기의 수직 지지대에도 사용됩니다. 식품 가공 공정에서도 베벨 기어를 활용할 수 있습니다. 베벨 기어에 대한 더 자세한 정보는 계속 읽어보세요.

스파이럴 베벨 기어

스파이럴 베벨 기어는 두 축 사이에서 90도 각도로 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 곡선형 또는 경사형 톱니를 가지며 다양한 금속으로 제작할 수 있습니다. 베스타기어(Bestagear)는 중대형 스파이럴 베벨 기어를 전문적으로 생산하는 업체 중 하나입니다. 스파이럴 베벨 기어는 광업, 야금, 해양 및 석유 분야에서 사용됩니다. 일반적으로 강철, 알루미늄 또는 페놀 수지 재질로 만들어집니다.
스파이럴 베벨 기어는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 맞물리는 톱니 덕분에 힘 전달이 부드럽습니다. 내구성이 매우 뛰어나고 수명이 길도록 설계되었습니다. 또한 다른 직각 기어에 비해 가격이 저렴합니다. 한 쌍으로 제작되기 때문에 수명도 더 긴 경향이 있습니다. 스파이럴 베벨 기어는 다른 기어에 비해 소음과 진동을 줄여줍니다. 따라서 새로운 기어 세트가 필요하다면 스파이럴 베벨 기어가 최적의 선택입니다.
스파이럴 베벨 기어의 톱니 간 접촉은 기어 톱니 표면을 따라 발생합니다. 이 접촉은 헤르츠의 탄성 접촉 이론을 따릅니다. 이 원리는 접촉 면적의 유효 크기가 작고 표면의 상대 곡률 반경이 작을 때 성립합니다. 이 경우 변형과 마찰은 무시할 수 있습니다. 스파이럴 베벨 기어는 역헬리컬 기어의 대표적인 예이며, 광산 장비에 흔히 사용됩니다.
스파이럴 베벨 기어는 백래시 흡수 기능도 갖추고 있습니다. 이 기능은 기어 표면의 오일막 두께를 일정하게 유지하는 데 도움이 됩니다. 축축, 장착 거리, 각도 오차는 모두 스파이럴 베벨 기어의 치면 접촉에 영향을 미칩니다. 백래시를 조정하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 위에 제시된 공차는 베벨 기어에 일반적으로 적용되는 값입니다. 경우에 따라 제조업체는 생산 공정 후반에 약간의 설계 변경을 통해 OEM 업체의 위험을 최소화하기도 합니다.

직선형 베벨 기어

직선 베벨 기어는 제조가 가장 쉬운 기어 유형 중 하나입니다. 초기에는 인덱싱 헤드가 장착된 평삭기를 사용하여 직선 베벨 기어를 제조했습니다. 그러나 레바사이클(Revacycle) 시스템과 코니플렉스(Coniflex)가 도입된 이후 제조 방식이 크게 개선되었습니다. 최신 기술을 통해 더욱 정밀한 제조가 가능해졌습니다. CZPT는 이러한 두 가지 제조 방식을 모두 사용합니다. 다음은 직선 베벨 기어 제조의 몇 가지 예입니다.
직선형 베벨 기어는 글리슨 방식과 클링겔른베르크 방식, 두 가지 베벨 표면 가공법을 사용하여 제작됩니다. 이 중 글리슨 방식이 가장 일반적입니다. 다른 종류의 기어와 달리 CZPT 방식은 보편적인 표준이 아닙니다. 글리슨 방식은 치면 크라운 가공을 통해 작은 조립 오차에도 견딜 수 있는 기어를 제작할 수 있어 품질이 우수합니다. 또한, 치면의 경사면에서 발생하는 응력 집중 현상을 제거합니다.
기어의 재질은 용도에 따라 다릅니다. 내구성이 중요한 경우에는 주철로 기어를 제작합니다. 피니언은 일반적으로 기어보다 경도가 세 배 정도 높아 마모를 균형 있게 분산하는 데 도움이 됩니다. 탄소강과 같은 다른 재질은 가격이 저렴하지만 부식에 대한 저항력이 떨어집니다. 관성 또한 중요한 고려 사항인데, 기어가 무거울수록 역회전 및 정지가 더 어렵기 때문입니다. 정밀도 요구 사항에는 기어 피치와 직경, 압력각 등이 포함될 수 있습니다.
직선 베벨 기어의 인벌류트 형상은 종종 표면의 법선 벡터를 변화시켜 계산합니다. 인벌류트 형상은 표면 좌표와 이론적인 치두께를 이용하여 계산됩니다. CMM(좌표측정기)을 사용하면 구형 인벌류트 표면을 통해 치면 접촉 패턴을 확인할 수 있습니다. 이 방법은 롤 테스터를 사용할 수 없는 경우 치면 접촉 패턴을 예측할 수 있기 때문에 유용합니다.

하이포이드 베벨 기어

하이포이드 베벨 기어는 효율적이고 다용도로 활용 가능한 감속 솔루션입니다. 컴팩트한 크기, 높은 효율, 낮은 소음 및 발열, 그리고 긴 수명 덕분에 동력 전달 및 모션 제어 산업에서 널리 사용됩니다. 다음은 하이포이드 기어의 장점과 사용 이유에 대한 몇 가지 설명입니다. 또한, 이 기어 유형에 대한 몇 가지 주요 오해와 잘못된 가정도 나열되어 있습니다. 이러한 가정은 처음에는 다소 직관적이지 않게 느껴질 수 있지만, 하이포이드 기어의 본질을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.
하이포이드 기어의 기본 개념은 서로 교차하지 않는 두 개의 축을 사용하는 것입니다. 작은 기어 축이 큰 기어 축과 어긋나게 배치되어 간섭 없이 맞물리고 서로를 안정적으로 지지합니다. 결과적으로 기존 기어 세트에 비해 토크 전달 효율이 향상됩니다. 하이포이드 베벨 기어는 자동차의 후륜 구동에 사용되며, 기계 설계의 유연성을 높이고 축을 자유롭게 조정할 수 있도록 해줍니다.
첫 번째 경우, 두 물체의 맞물림은 원하는 기어에 쌍곡면 절삭 공구를 맞춰서 얻습니다. 이 절삭 공구의 기하학적 특성, 방향 및 위치에 따라 원하는 기어가 결정됩니다. 후자는 원하는 기어가 소음이 없거나 진동을 줄여야 하는 경우에 사용됩니다. 반면에 쌍곡면 절삭 공구는 두 개의 톱니가 있는 물체와 맞물립니다. 이는 소음 문제를 고려해야 하는 하이포이드 기어를 모델링하는 데 가장 효율적인 방법입니다.
하이포이드 베벨 기어와 스파이럴 베벨 기어의 가장 큰 차이점은 하이포이드 베벨 기어의 직경이 스파이럴 베벨 기어보다 크다는 것입니다. 하이포이드 기어는 일반적으로 1:1 및 2:1 비율로 사용되지만, 일부 제조업체는 더 높은 비율의 기어도 제공합니다. 하이포이드 기어박스는 분당 3,000회전(rpm)의 회전 속도를 낼 수 있어 다양한 용도에서 선호됩니다. 따라서 높은 효율의 기어박스를 찾고 있다면 하이포이드 기어가 적합합니다.

추가 각도와 제거 각도

베벨 기어의 애더넘 각도와 디덴덤 각도는 기어 톱니의 모양과 깊이를 나타내는 데 사용됩니다. 기어의 각 톱니는 깊이가 점차 변하는 약간 경사진 표면을 가지고 있습니다. 이 각도는 애더넘 거리와 디덴덤 거리로 정의됩니다. 애더넘 각도는 톱니의 윗면과 아랫면 사이의 거리이고, 디덴덤 각도는 톱니의 피치면과 아랫면 사이의 거리입니다.
피치각은 기어 피치 콘의 꼭짓점과 기어 축의 피치선이 이루는 각도입니다. 반면, 디덴덤각은 피치선 아래의 치면 깊이를 나타냅니다. 이 두 각도는 베벨 기어의 형상을 측정하는 데 사용됩니다. 애더넘각과 디덴덤각은 기어 설계에 있어 중요한 요소입니다.
베벨 기어의 디덴덤 각도와 애드덴덤 각도는 두 기어의 기본 접촉비(Mc)에 의해 결정됩니다. 인벌류트 곡선은 베벨 기어의 밑면 직경 내에 확장될 수 없습니다. 밑면 직경 또한 기어 설계에 있어 매우 중요한 치수입니다. 인벌류트 곡선을 밑면 직경에 맞추기 위해 곡선을 축소하는 것은 가능하지만, 축소된 곡선은 인벌류트 곡선에 접선 방향이어야 합니다.
베벨 기어의 가장 일반적인 용도는 자동차 차동장치입니다. 자동차, 트럭, 건설 장비 등 다양한 차량에 사용되며, 해양 및 항공 산업에서도 사용됩니다. 이 두 가지 일반적인 용도 외에도 베벨 기어는 다양한 분야에서 활용되며, 그 인기는 계속해서 증가하고 있습니다. 베벨 기어는 자동차 및 산업용 기어 시스템에서 매우 중요한 부품입니다.

베벨 기어의 응용 분야

베벨 기어는 다양한 용도로 사용됩니다. 무게, 하중, 용도에 따라 다양한 재질로 만들어집니다. 고하중 용도에는 회주철과 같은 철금속이 사용됩니다. 이러한 재질은 내마모성이 뛰어나고 가격도 저렴합니다. 저하중 용도에는 강철이나 플라스틱과 같은 비금속이 사용됩니다. 일부 베벨 기어 재질은 소음이 적은 것으로 알려져 있습니다. 다음은 베벨 기어의 가장 일반적인 용도 몇 가지입니다.
직선형 베벨 기어는 제조가 가장 쉽습니다. 초기에는 인덱싱 헤드가 달린 평삭기를 사용하여 제작했습니다. 현대적인 제조 방식으로는 레바사이클(Revacycle) 및 코니플렉스(Coniflex) 시스템이 도입되었습니다. 산업용 기어 제조에 있어 CZPT는 레바사이클 시스템을 사용합니다. 하지만 베벨 기어에는 여러 종류가 있습니다. 이 가이드는 다음 프로젝트에 적합한 재료를 선택하는 데 도움을 줄 것입니다. 이러한 재료는 고속 회전을 견딜 수 있으며 매우 강합니다.
베벨 기어는 자동차 및 산업 기계에서 가장 흔하게 사용됩니다. 구동축과 바퀴를 연결하는 역할을 하며, 45도 베벨 각도를 가진 기어도 있습니다. 이러한 기어는 베벨면에 장착하여 동력 전달 능력을 테스트할 수 있으며, 적절한 동력 전달을 보장하기 위한 시험에도 사용됩니다. 직선 축의 회전 속도를 줄이는 데에도 효과적입니다. 베벨 기어는 해양에서 항공에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 활용됩니다.
가장 간단한 형태의 베벨 기어는 1:1 기어비의 마이터 기어입니다. 이는 회전축을 변경하는 데 사용됩니다. 각도 마이터 베벨 기어의 축은 45도에서 120도까지 임의의 각도로 교차할 수 있습니다. 베벨 기어의 톱니는 직선형, 나선형 또는 제롤형일 수 있습니다. 랙 앤 피니언 기어와 마찬가지로 베벨 기어에도 여러 종류가 있습니다.

CX 편집, 2023년 11월 12일