기어의 정의 및 종류

[정담]

1. 기어의정의

기어란, 두 축 사이에서 힘을 전달할 때 서로 미끄럼이 없이 잘 돌아가도록 원통에 돌기를 붙인 장치이다. 예를 들면, 자동차로 눈이 쌓인 오르막길을 지날 때 타이어만으로는 언덕을 오르지 못하고 미끄러지는 광경을 본 경험이 있을 것이다.
하지만 타이어에 체인을 감고 운행하면 훨씬 쉽게 언덕을 오를 수 있다.
이것은 타이어에 감긴 체인이 눈길을 파고 들어가 마찰력을 증가시켜 주기 때문이다.
즉 체인의 튀어나온 부분과 체인에 눌린 눈이 서로 오목, 볼록 형상을 만들어 맞물려 돌아가는 기어와 같은 역할을 하는 것이다.

① JIS B 0102 : 차례차례 서로 무는 이빨에 의해 운동을 전달하는 기계요소의 한 쌍 또는 단체

② ASME : Gears are machine elements that transmit motion by means of successively engaging teeth.

③ ISO-R1122 : Any toothed member designed to transmit motion to another one, or receive motion
from it, by means of successively engaging teeth.

	2. 기어의 종류

① 평행축 기어(Gear pair with parallel axes)
평행축 기어란 서로 맞물리는 기어의 중심 축이 나란한 것을 말한다.
이것은 원통면에 볼록한 기어 이를 붙인 모양으로 흔히 이러한 기어들을 원통 기어 (Cylindrical gear)라 부른다. 기어의 이가 원통의 외부에 있으면 외기어(Externalgear)라 부르고, 내부에 있으면 내기어(Internal gear)라고 부른다.

평기어 (Spur gear)	평기어	원통기어로 기어의 이 줄기가 축과 평행하며 두 개의 외기어가 서로 맞물린다.
	내기어	평기어와 마찬가지로 두 축이 나란하게 놓이지만 한 개의 외기어와 하나의 내기어가 맞물린다.
헬리컬기어	헬리컬기어	평기어의 이 줄기가 동시에 맞물리는 것을 방지하기 위해 이의 위치를 조금씩 이동시킨,평기어의 모임이 단기어(Stepped gear)이다. 헬리컬 기어는 단기어의 단차를 무한히 엷게하여, 이 줄기가 비틀어진 곡면으로 된 기어를 말한다. 이처럼 이 줄기를 곡면으로 비틀어 놓으면, 평기어보다 기어의 이가 부드럽게 맞물리기 때문에 이물림이 원활하여 진동이나 소음이 줄고 또 평기어보다 접촉선의 길이가 길어지므로 큰 힘을 전달할 수 있다. 그러나 헬리컬 기어는 평기어에 비해 중심축 방향으로 추력(推力, Thrust load)이발생하므로 베어링 선정에 주의해야 한다.
	내헬리컬 기어 (Internal helical gear)	한 개의 외헬리컬 기어와 내헬리컬 기어가 맞물린다.
더블헬리컬 기어 (Double helical gear)		일반 헬리컬 기어에서 발생하는 추력을 없앨 목적으로 비틀림 방향이 다른 두 개의 헬리컬 기어을 조합한 기어이다. 이중에서 특히 가운데 홈이 없이 좌, 우 기어의 이가중앙에서 만나는 기어를 헤링본 기어(Herringbone gear)라 부른다.
써큘러 아크 기어 (Circular arc tooth-trace gear)		이 줄기 모양이 아크 모양이어서 더블 헬리컬 기어와 같이 축 방향의 추력이 발생하지 않는다.또한 스스로 중심을 맞추는 기능을 갖추고 있다.
랙기어(Rack gear)		원통기어의 잇수가 무한히 많아져 원통의 직경이 거의 무한대가 되어 직선으로 기어가 늘어선 형태를 랙이라 부른다. 스퍼 랙(Spur rack)과 헬리컬 랙(Helical rack)이 있다.

② 교차축 기어 (Gear pair with intersection axes)
두 축이 교차하는 기어를 말한다.

베벨기어	스트레이트 베벨기어 (Straight bevel gear)	이 줄기가 피치 원추면에 일치하는 기어이다. 스트레이트 베벨기어는 서로 맞물릴 때 이의 위쪽에서 시작하여 이 뿌리 방향으로 물림이 진행된다. 베벨기어중 가장 가공이 쉽고 간단하며 제작비가 적게 든다. 특히 베벨기어의 피니언과 기어의 잇수가 같은 기어를 마이터 기어(Miter gear)라 부른다.
	스파이럴 베벨기어 (Spiral bevel gear)	이 줄기가 나선 모양으로 된 베벨기어이다. 한 번에 접촉하는 물림길이가 크기 때문에 스트레이트 베벨기어에 비해 운동이 부드럽다. 특히 고속에서 맞물릴 때 진동이나 소음을 줄일 수 있다.
	제롤 베벨기어 (Zerol bevel gear)	스파이럴 베벨기어 가운데 이 줄기의 비틀림 각도가 0°인 것을 말한다. 회전방향이 변해도 추력 방향이 바뀌지 않기 때문에 원활한 회전이 요구되는 장소에 스트레이트 베벨기어 대신에 사용할 수 있다.
사교 베벨기어(Angular bevel gear)		베벨기어의 두 축의 교차각이 90°가 아닌 것을 일컫는다.
페이스 기어(Face gear)		피니언이 일반적인 인볼루트 치형을 갖는 평기어와 같다. 기어는 피니언과 같은 모양을 가진 절삭 공구로 가공한다. 페이스 기어는 피니언의 중심축과 만나게 할 수도 있고 기어와 피니언의 중심축이 서로 엇갈리게 할 수도 있다. 피니언은 일반 평기어의 호브로 가공이 가능하고 피니언의 설치 위치가 중요한 문제가 되지 않으므로 설치가 쉽다. 페이스 기어는 펠로우 기어 세이퍼 사(Fellow Gear Shaper Co.)가 개발한 기어이다.
베베로이드 기어(Beveloid gear)		베베로이드 기어는 기본적으로 치 두께가 치 뿌리에서 치 끝까지 경사진 테이퍼 형태를 가진 인볼루트 기어이다. 모양은 스트레이트 베벨기어와 비슷하지만 단면이 스퍼 기어와 같다. 이것은 베베로이드 기어가 다른 인볼루트 치형을 가진 기어와 잘 맞물릴 수 있음을 뜻한다. 베베로이드 기어는 일반 베벨기어에 비해 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, 설치 치수가 중요하지 않다. 둘째, 서로 다른 기어들을 맞추어보거나 연마하지 않고도 호환할 수 있다. 셋째, 백래시를 원하는 대로 조정할 수 있다. 베베로이드 기어가 가진 가장 큰 단점은 큰 하중을 전달할 수 없다는 것이다. 이것은 베베로이드 기어들끼리 서로 맞물리는 점접이 한 개의 점으로 이루어지기 때문이다. 또 다른 한 가지 단점은 잇수가 작거나 콘(cone)의 각이 클 때 언더컷(under cut)이 발생한다는 것이다.

② 엇갈림축 기어(Gear pair with non-parallel and non-intersecting axes)
맞물리는 기어의 중심축이 교차되지도 않고 평행하지도 않을 경우를 엇갈림축 기어라 부른다.

나사기어(Crossed helical gear)	헬리컬 기어의 두 중심축이 평행하지도 않고 교차하지도 않게 만든 기어이다. 가장 큰 장점은 설치가 쉽고 중심축의 각이나 중심거리 변화에 민감하지 않다는 것이다. 가격이 싸다는 것도 장점 중 하나이다. 일반 헬리컬 기어와 같은 방식으로 제작할 수 있다. 나사 기어의 단점은, 맞물리는 두 개의 기어가 점 접촉을 하고 있기 때문에 허용치 이상의 하중을 전달할 경우 선 접촉이 되어 기어가 마모되는 원인이 된다는 것이다.
원통 웜기어 (Cylinderical worm gear)	웜기어의 피니언은 일반 나사 모양과 비슷하다. 웜휠(Worm wheel)이라 부르는 웜기어의 기어는 피니언과 같은 모양을 가진 절삭 공구로 가공한다. 웜휠의 이는 약간 구부러진 곡선형태이며 이 끝이 이의 중간보다 두텁다. 웜기어는 헬리컬 기어에 비해 비교적 큰 감속비를 얻을 수 있으나 기어의 효율이 낮다는 단점을 가지고 있다. 웜기어는 주로 승강기나 주차 빌딩에 사용되는 기계와 각종 공작기계의 공작물을 회전시키기 위한 테이블에 사용된다.
더블 엔벨로핑 웜기어 (Double enveloping worm gear)	일명 장구형 웜기어라 불리며 웜기어의 피니언이 장구와 비슷한 모양을 갖는다. 원통 웜기어에 비해 큰 힘을 전달할 수 있다.
하이포이드 기어(Hypoid gear)	베벨기어와 같은 형상을 하고 있지만 물림 위치가 베벨기어와 약간 다르다. 즉 피니언과 기어의 중심축이 교차하지도 않으면서 엇갈려 있다. 주로 자동차 산업에서 조용한 동력전달을 위해 사용된다.
스피로이드 기어(Spiroid gear)	원추에 나사가 난 모양이 스피로이드 기어의 피니언이다. 피니언의 치형은 완전한 직선을 갖은 V형태이다. 기어는 피니언과 비슷하게 만들어진 호브로 가공된다. 스피로이드 기어는 백래시 조정이 매우 중요한 곳에 사용된다.
플라노이드 기어(Planoid gear)	플라노이드 기어의 피니언은 비스듬하게 경사진 나선형이며 치형은 테이퍼 형상이다. 피니언과 맞물리는 기어는 직선형태의 치형이다. 피니언은 기어와 동일한 모양을 가진 절삭 커터로 가공된다. 플라노이드 기어를 사용하면 8:1까지 큰 감속비를 얻을 수 있다.
헬리콘 기어(Helicon gear)	피니언은 원통에 나사가 나있는 형상을 가지고 있다. 기어는 피니언과 같은 모양의 호브로 치절되며 완만한 나선 형태를 갖는다. 스피로이드 기어와 헬리콘 기어는 스피로이드 기어의 피니언이 테이퍼 형상이라는 점을 제외하면 매우 비슷하다.