마이터 기어의 종류

마이터 기어에는 하이포이드, 크라운, 스파이럴 등 다양한 종류가 있습니다. 더 자세한 내용을 알아보려면 계속 읽어보세요. 또한, 각 유형의 차이점과 공통점에 대해서도 알 수 있습니다. 이 글에서는 다양한 유형의 마이터 기어에 대한 개요를 제공합니다. 아래 가이드를 참고하여 필요에 맞는 유형을 선택할 수도 있습니다. 이 가이드를 읽고 나면 프로젝트에 마이터 기어를 사용하는 방법을 알게 될 것입니다. 특히 기계 부품 작업에 유용한 수동 조립 방법도 배울 수 있습니다.

베벨 기어

베벨 기어와 마이터 기어는 모두 축이 서로 다른 두 축을 연결하는 데 사용됩니다. 대부분의 경우 이 기어들은 직각으로 사용됩니다. 베벨 기어의 피치 콘은 스퍼 기어와 모양이 같지만, 톱니 단면이 약간 가늘어지고 깊이가 가변적입니다. 베벨 기어의 피니언은 일반적으로 직선형이지만 곡선형이나 비스듬한 형태일 수도 있습니다. 또한 축에 대해 직선형 톱니를 가진 오프셋 크라운 휠을 사용할 수도 있습니다.
마이터 기어는 산업 분야 외에도 농업, 병입, 인쇄 및 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 석탄 채굴, 석유 탐사 및 화학 공정에도 사용되며, 컨베이어, 엘리베이터, 가마 등의 중요한 부품입니다. 실제로 마이터 기어는 지게차나 직소와 같은 공작 기계에도 자주 사용됩니다.
특정 용도에 적합한 기어를 선택할 때는 용도와 설계 목표를 고려해야 합니다. 예를 들어, 기어가 견딜 수 있는 최대 하중을 알아야 합니다. 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 특정 용도에 필요한 정확한 토크를 계산할 수 있습니다. 마이터 기어는 두 축이 아닌 한 축으로 작동하는 베벨 기어입니다.
특정 용도에 필요한 토크를 계산하려면 각 베벨 기어의 기계적 탄성 계수(MA)를 알아야 합니다. 다행히 이제 CZPT 소프트웨어를 사용하면 이를 계산할 수 있습니다. 이 소프트웨어를 이용하면 스파이럴 베벨 기어의 3D 모델을 생성할 수 있습니다. 모델을 만든 후에는 가공할 수 있습니다. 이렇게 하면 작업이 훨씬 쉬워지고 재미있어집니다!
제조 측면에서 보면, 직선형 베벨 기어가 가장 생산하기 쉽습니다. 이러한 유형의 기어를 만드는 초기 방법은 인덱싱 헤드가 장착된 평삭기를 사용하는 것이었습니다. 하지만 CNC 가공 기술의 발전으로 더욱 효율적인 제조 방법들이 개발되었습니다. 이러한 방법에는 CZPT, Revacycle, Coniflex 시스템 등이 있습니다. CZPT는 Revacycle 시스템을 사용합니다. 또한 CNC 밀링 머신을 사용하여 나선형 베벨 기어를 제작할 수도 있습니다.

하이포이드 베벨 기어

마이터 기어 및 기타 종류의 기어에 사용되는 하이포이드 베벨 기어를 설계할 때에는 몇 가지 중요한 매개변수를 고려해야 합니다. 고품질 기어링을 제작하기 위해서는 기어 톱니와 피니언 사이의 장착 거리가 미리 정해진 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다. 즉, 기어 톱니와 피니언 사이의 장착 거리는 0.05mm 이하여야 합니다.
이를 가능하게 하기 위해 하이포이드 베벨 기어 세트는 슬라이딩 동작을 통해 맞물리도록 설계되었습니다. 그 결과 조용한 변속기가 구현됩니다. 또한 소음 수준을 높이지 않고도 더 빠른 속도를 구현할 수 있습니다. 반면 일반 베벨 기어는 고속에서 소음이 큰 경향이 있습니다. 이러한 이유로 하이포이드 기어 세트는 마이터 기어를 제작하는 가장 효율적인 방법입니다. 하지만 하이포이드 기어가 모든 용도에 적합한 것은 아니라는 점을 유념해야 합니다.
하이포이드 베벨 기어는 스파이럴 베벨 기어와 유사하지만, 축이 교차하지 않습니다. 이 때문에 더 큰 피니언을 사용하면서도 부드러운 맞물림이 가능합니다. 반면 크라운 베벨 기어는 90도 피치와 평행한 톱니를 가지고 있습니다. 크라운 베벨 기어는 독특한 기하학적 구조와 피치를 가지며, 특정한 기하학적 특성을 지닙니다. 피치는 여러 가지 방식으로 표현되는데, 지름 피치는 톱니의 개수를 나타내고, 원주 피치는 톱니의 둘레를 나타냅니다.
페이스 밀링 공법은 하이포이드 기어와 스파이럴 베벨 기어 제조에 사용되는 또 다른 기술입니다. 페이스 밀링을 통해 기어를 높은 정밀도와 표면 조도로 가공할 수 있습니다. 또한 열처리 공정을 생략할 수 있으며, 미리 설계된 이음매 형상을 쉽게 구현할 수 있습니다. 페이스 밀링은 기계적 강도를 최대 20%까지 향상시키고 소음 수준을 감소시킵니다.
ANSI/AGMA/ISO 표준의 기하학적 치수 기입 방식은 하이포이드 기어 및 베벨 기어 제조의 최적 관행과 차이가 있습니다. 공통 기준면을 따르지 않는 것이 여러 가지 기하학적 치수 기입 문제를 야기합니다. 더욱이, 하이포이드 기어는 맞물리는 피니언과 하이포이드 베벨 기어의 기본 피치를 고려하여 설계해야 합니다. 이는 기어와 맞물리는 피니언의 기본 피치를 알지 못하면 불가능합니다.

크라운 베벨 기어

마이터 기어용 크라운 베벨 기어를 선택할 때는 여러 요소를 고려해야 합니다. 특히, 기어 피치 반경에 대한 치하중 비율을 알아야 합니다. 이를 통해 적절한 여자력과 하중 용량을 갖춘 베벨 기어를 선택할 수 있습니다. 크라운 베벨 기어는 헬리컬 기어라고도 하며, 두 가지 유형의 베벨 기어를 결합한 형태입니다.
크라운 베벨 기어는 베벨선이 교차하지 않는다는 점에서 스파이럴 베벨 기어와 다릅니다. 이로 인해 더 큰 피니언을 사용할 수 있고 더욱 부드러운 맞물림이 가능합니다. 크라운 베벨 기어는 또한 톱니 부분의 명칭에서 따온 것으로, 기어의 구멍에 가장 가까운 부분인 토(toe)와 가장 바깥쪽 지름 부분인 힐(heel)로 나뉩니다. 톱니 높이는 토 부분에서 힐 부분보다 작지만, 기어의 전체 높이는 두 부분에서 동일합니다.
크라운 베벨 기어는 원통형이며, 톱니가 각도를 이루도록 설계되었습니다. 기어비는 1:1이며, 마이터 기어와 스퍼 기어에 사용됩니다. 크라운 베벨 기어는 스퍼 기어와 동일한 톱니 형상을 가지지만, 톱니 끝부분이 약간 좁아 소음이 적습니다. 마이터 기어용 크라운 베벨 기어는 오프셋 피니언으로 제작할 수 있습니다.
마이터 기어용 크라운 베벨 기어를 선택할 때는 다양한 옵션이 있습니다. 기어에 사용되는 재질은 플라스틱부터 경화 합금까지 다양합니다. 재질의 강도가 중요하다면 경도 32~35 Rc의 경화 합금을 선택할 수 있습니다. 이 합금은 플라스틱보다 내구성이 뛰어나다는 장점도 있습니다. 또한 크라운 베벨 기어는 강도가 높을 뿐만 아니라 윤활도 더 용이합니다.
마이터 기어용 크라운 베벨 기어는 스파이럴 베벨 기어와 유사합니다. 하지만 피치면이 원추형이 아닌 쌍곡선형입니다. 피니언은 종종 기어 중심 위 또는 아래로 오프셋되어 있어 더 큰 직경의 기어를 사용할 수 있습니다. 마이터 기어용 크라운 베벨 기어는 일반적으로 하이포이드 기어보다 큽니다. 하이포이드 기어는 자동차 후륜 액슬에 흔히 사용되며, 회전 각도가 90도일 때 유용하고 1:1 기어비에 사용할 수 있습니다.

나선형 마이터 기어

스파이럴 베벨 기어는 톱니의 표면을 기계 가공하여 제작됩니다. 이 공정은 헤르츠의 탄성 접촉 이론을 따르는데, 여기서 변위는 접촉 면적의 작은 유효 치수와 상대적인 곡률 반경에 해당합니다. 이 방법은 표면이 평행하고 변형률이 작다는 가정을 기반으로 하며, 소음을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 이러한 특성 덕분에 스파이럴 베벨 기어는 고속 회전이 필요한 용도에 이상적입니다.
CZPT 스파이럴 마이터 기어는 정밀 가공을 통해 백래시를 줄여줍니다. 또한 기어 톱니 사이의 간격을 정밀하게 조절할 수 있는 잠금 너트가 있어 백래시를 최소화하고 구동 장치의 수명을 극대화합니다. 뿐만 아니라, 생산 공정 후반에 설계 변경이 발생하더라도 유연하게 적용할 수 있어 OEM 업체의 위험 부담을 줄이고 효율성과 생산성을 향상시킵니다. 스파이럴 마이터 기어의 장점은 아래에 자세히 설명되어 있습니다.
스파이럴 베벨 기어는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 가장 눈에 띄는 장점은 축 직경이 크다는 것입니다. 축 직경이 크면 기어 직경도 커지지만, 이는 기어 하우징의 크기 증가로 이어집니다. 결과적으로 지상고, 내부 공간 및 무게가 줄어듭니다. 또한 구동축 기어의 크기도 커져 지상고와 내부 공간이 더욱 줄어듭니다. 스파이럴 베벨 기어는 일반 기어보다 효율이 높지만, 용도에 맞는 적절한 크기를 찾기가 더 어려울 수 있습니다.
나선형 마이터 기어의 또 다른 장점은 크기가 작다는 것입니다. 동일한 동력을 기준으로 할 때, 나선형 마이터 기어는 직선형 마이터 기어보다 크기가 작습니다. 또한, 나선형 베벨 기어는 휘어지거나 마모될 가능성이 적습니다. 정밀도 또한 뛰어나며, 2차 가공 작업에 적합합니다. 나선형 마이터 기어는 직선형 기어보다 내구성이 뛰어나고 더 빠른 속도로 작동할 수 있습니다.
나선형 마이터 기어의 핵심 특징 중 하나는 마모에 강하다는 점입니다. 하지만 지속적으로 변형되기 때문에 마모를 심화시키는 방식으로 균열이 발생하기 쉽습니다. 그 결과 기어는 더 단단해지고 결 방향이 더욱 불규칙해집니다. 그러나 적절한 유지 관리를 통해 기어의 품질을 복원할 수 있습니다. 기계를 사용하고 있다면, 제대로 작동하지 않는 마모된 부품을 교체하는 것이 좋습니다.

CX 편집, 2023년 5월 18일