기어 맞물림 강성 분석

안녕하세요, 절강성에 위치한 WUMA의 제니입니다. 오늘은 기어의 중요한 특성인 맞물림 강성(meshing stiffness)에 대해 설명드리겠습니다. 기어 샤프트 높이(접촉 높이 또는 작동 높이라고도 함)는 기어 샤프트의 두 치아 가장자리와 이론적 기어 라인 경계 사이의 반경 방향 거리를 말합니다. 간단히 말해, 실제 맞물리는 기어 톱니의 부분을 의미합니다.

기어가 강성하거나 유연하게 만드는 요소는 무엇인가요? 설계에서 중요한 몇 가지 사항이 있습니다:

모듈/치아 두께: 모듈이 클수록 치아가 두꺼워지며, 이는 강성을 더욱 증가시킵니다.

면 폭: 면 폭이 넓을수록 강성이 커집니다 (수평 이음매와 유사함)

압력 각: 압력 각을 증가시키면 개별 기어 톱니의 강도가 '강화'되어 기어 강성이 향상됩니다. 압력 각이 증가함에 따라 전체 평균 맞물림 강성은 약간 감소하는 경향이 있습니다.

치아 높이: 치아 끝부분을 더 길게 만들면 일반적으로 동시에 접촉하는 치아 수가 늘어납니다. 더 많은 치아가 하중을 분담함으로써 기어는 더 강성해지고, 작동이 더욱 부드럽고 조용해집니다.

오버랩: 이는 동시에 맞물리는 톱니의 수가 얼마나 되는지를 설명합니다. 더 많은 오버랩(겹침)은 하중이 더욱 고르게 분산된다는 의미이며, 이는 강성을 크게 향상시키고 기어의 작동을 훨씬 더 부드럽게 만듭니다.

강성 WUMA 다른 기어박스 유형:

1. 평행 축 감속기 (가장 일반적임)

여기서 직각기어와 나사기어 모두에 대해 톱니가 맞물리고 빠져나오면서 강성이 크게 변합니다. 이러한 주기적인 변화는 진동과 소음의 주요 원인입니다.

2. 웜기어 감속기

여기서 접촉은 긴 슬라이딩 라인 형태입니다. 오버랩이 매우 크기 때문에 강성 변화가 거의 없습니다. 따라서 구동이 매우 부드럽고 조용하지만, 여전히 강성이 동력 전달 능력과 진동 특성에 영향을 미칩니다.

3. 성형기어 감속기(플래너터리 기어 감속기)

여러 개의 작은 기어(행성기어)가 동시에 맞물립니다. 이를 통해 단일 기어 쌍에서 발생하는 강성 변화를 상쇄할 수 있습니다. 복합 강성을 이해하는 것은 동적 거동을 파악하는 데 매우 중요합니다.

이를 좀 더 간단하고 대화체로 설명해 보겠습니다:
기어의 맞물림 강성을 심장 박동처럼 생각해 보세요.
모든 사람은 심장 박동이 있죠? 마찬가지로, 작동 중인 모든 기어 쌍도 맞물림 강성을 가지고 있습니다.
평온한 심장 박동은 안정적입니다. 정상 하중은 기어에 무리가 가지 않지만, 운동할 때 심장이 빨라지듯이, 높은 하중이나 매우 정밀한 작업에서는 강성 문제들이 나타날 수 있습니다.
의사가 심장을 점검하여 건강을 유지하듯, 엔지니어는 강성을 점검하여 더 나은 기어를 설계하고 문제를 해결합니다.