기어 작동 방식
기어는 다양한 기계 장치에 사용됩니다. 그들은 여러 가지 중요한 작업을 수행하지만 가장 중요한 것은 전동 장비에 대한 기어 감속을 제공한다는 것입니다. 일반적으로 매우 빠르게 회전하는 소형 모터는 장치에 충분한 전력을 제공할 수 있지만 토크는 충분하지 않기 때문에 이것이 중요합니다. 예를 들어, 전동 드라이버의 감속은 나사를 돌리는 데 많은 토크가 필요하기 때문에 매우 크지만 모터는 고속에서 매우 작은 토크를 생성합니다. 기어를 줄이면 토크는 증가하면서 출력 속도는 감소할 수 있습니다.
기어가 하는 또 다른 일은 회전 방향을 조정하는 것입니다. 예를 들어 자동차의 뒷바퀴 사이의 디퍼렌셜에서 동력은 자동차의 중심을 따라 움직이는 샤프트를 통해 전달되며, 디퍼렌셜은 동력을 바퀴에 가하기 위해 90도 회전해야 합니다.
다양한 유형의 기어에는 많은 복잡성이 있습니다. 이 기사에서는 기어의 톱니가 어떻게 작동하는지 정확히 배우고 다양한 기계 장치에서 볼 수 있는 다양한 유형의 기어에 대해 논의합니다.
모든 기어에서 비율은 기어 중심에서 접점까지의 거리에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 두 개의 기어가 있는 장치에서 하나가 다른 것의 지름의 두 배이면 비율은 2:1입니다.
우리가 볼 수 있는 가장 원시적인 유형의 기어 중 하나는 튀어나온 나무 스파이크가 있는 바퀴입니다.
이러한 기어의 문제는 회전함에 따라 각 기어의 중심에서 접점까지의 거리가 변경된다는 것입니다. 이는 기어가 회전함에 따라 기어비가 변경됨을 의미하며, 이는 출력 속도도 변경됨을 의미합니다. 자동차에서 이와 같은 기어를 사용하면 일정한 속도를 유지하는 것이 불가능합니다{0}}.
많은 현대식 기어는 인벌류트라고 하는 특별한 톱니 모양을 사용합니다. 프로파일은 두 기어 사이의 일정한 속도비를 유지하는 매우 중요한 속성을 가지고 있습니다. 위의 못바퀴처럼 접점이 움직입니다. 그러나 인벌류트 톱니의 모양은 이러한 움직임을 보상합니다. 자세한 내용은 이 섹션을 참조하십시오.
이제 다양한 유형의 기어를 살펴보겠습니다.
평 기어는 가장 일반적인 유형의 기어입니다. 직선 톱니가 있고 평행 축에 장착됩니다. 때로는 많은 평 기어가 동시에 사용되어 매우 큰 기어 감속을 생성합니다.
평 기어는 전동 드라이버, 춤추는 괴물, 스윙 스프링클러, 와인드업 알람 시계, 세탁기 및 건조기와 같이 HowStuffWorks의 모든 곳에서 볼 수 있는 많은 장치에 사용됩니다. 그러나 당신은 당신의 차에서 많은 것을 찾지 못할 것입니다.
평 기어가 매우 클 수 있기 때문입니다. 기어 톱니가 다른 기어의 톱니와 맞물릴 때마다 이 톱니가 충돌하고 이 충돌로 소음이 발생합니다. 또한 기어 톱니에 가해지는 응력도 증가합니다.
자동차의 대부분의 기어는 소음과 압력을 줄이기 위해 나선형입니다.
헬리컬 기어의 톱니는 기어 표면에 대한 각도입니다. 헬리컬 기어 시스템의 두 톱니가 맞물리면 접촉이 톱니의 한쪽 끝에서 시작하여 두 톱니가 완전히 맞물릴 때까지 기어가 회전함에 따라 점차 확장됩니다.
이 점진적인 맞물림은 헬리컬 기어가 평 기어보다 더 부드럽고 조용하게 작동하도록 합니다. 따라서 거의 모든 자동차 변속기는 헬리컬 기어를 사용합니다.
헬리컬 기어의 톱니 각도 때문에 맞물릴 때 기어에 추력 하중이 발생합니다. 헬리컬 기어를 사용하는 장비에는 이 스러스트 하중을 지원할 수 있는 베어링이 있습니다.
헬리컬 기어의 흥미로운 점 중 하나는 기어 톱니의 각도가 올바르게 지정되면 수직 축에 장착하여 회전 각도를 90도로 조정할 수 있다는 것입니다.
베벨 기어는 샤프트의 회전 방향을 변경해야 할 때 유용합니다. 일반적으로 90도 간격으로 샤프트에 장착되지만 다른 각도에서도 작동하도록 설계할 수도 있습니다.
베벨 기어의 톱니는 직선, 나선형 또는 하이포이드일 수 있습니다. 스퍼 베벨 기어 톱니는 실제로 각 톱니가 맞물릴 때 스퍼 기어 톱니 --와 동일한 문제가 있으며 동시에 해당 톱니에 부딪힙니다.
평 기어와 마찬가지로 이 문제에 대한 해결책은 기어 톱니를 구부리는 것입니다. 이 나선형 톱니는 나선형 톱니처럼 맞물립니다. 접촉은 기어의 한쪽 끝에서 시작하여 점차적으로 전체 톱니로 확장됩니다.
스퍼 및 스파이럴 베벨 기어에서 샤프트는 서로 수직이어야 하지만 동일한 평면에 있어야 합니다. 두 샤프트를 기어 밖으로 확장하면 교차합니다. 반면에 하이포이드 기어는 다른 평면에서 샤프트와 맞물릴 수 있습니다.
이 기능은 많은 자동차 차동 장치에 사용됩니다. 차동장치의 기어 링과 입력 피니언은 하이포이드입니다. 이를 통해 입력 피니언을 링 축 아래에 장착할 수 있습니다. 자동차의 구동축이 입력 피니언에 연결되어 있기 때문에 구동축도 낮아집니다. 즉, 구동축이 차량의 조수석에 너무 많이 들어가지 않아 사람과 화물을 위한 더 많은 공간이 확보됩니다.
랙과 피니언은 회전을 직선 운동으로 변환하는 데 사용됩니다. 많은 자동차의 조향 시스템이 좋은 예입니다. 스티어링 휠은 랙에 맞물리는 기어를 돌립니다. 기어가 회전함에 따라 바퀴를 돌리는 방식에 따라 랙이 오른쪽이나 왼쪽으로 미끄러집니다.
일부 체중계는 랙과 피니언을 사용하여 체중을 표시하는 다이얼을 돌리기도 합니다.
유성 기어 세트 및 기어비
모든 유성 기어 세트에는 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다.
썬 기어
유성 기어 및 유성 기어 랙
링 기어
이 세 가지 구성 요소 각각은 입력, 출력 또는 정지 상태일 수 있습니다. 기어 세트의 기어비를 결정하는 역할을 수행하도록 선택되는 부분입니다. 개별 유성 기어 세트를 살펴보겠습니다.
우리 변속기의 유성 기어 세트 중 하나에는 72개의 톱니 링과 30개의 톱니가 있는 썬 휠이 있습니다. 이 기어 세트에서 다양한 기어비를 얻을 수 있습니다.
또한 세 가지 구성 요소 중 두 개를 함께 잠그면 전체 장치가 1:1 기어 감속으로 잠깁니다. 위에 나열된 첫 번째 기어비는 감속 --입니다. 출력 속도는 입력 속도보다 느립니다. 두 번째는 오버드라이브 -- 출력이 입력보다 빠릅니다. 그리고 마지막으로 다시 내려가지만 출력은 반대 방향으로 진행됩니다. 이 유성 기어 세트에는 몇 가지 다른 비율이 있지만 이들은 자동 변속기와 관련된 비율입니다. 아래 애니메이션에서 시도해 볼 수 있습니다.
따라서 이 기어 세트는 다른 기어를 결합하거나 분리하지 않고도 이러한 모든 다른 기어비를 생성할 수 있습니다. 이러한 2개의 기어 세트를 연속적으로 사용함으로써 우리는 전달에 필요한 4개의 전진 및 1개의 후진 기어를 얻을 수 있습니다. 다음 섹션에서 두 세트의 기어를 함께 배치할 것입니다.
