기어 설계 기초: 유형 및 모듈 선택

1. 모듈 선택 원칙

모듈 m = d/z (피치 원 지름 / 잇수) — 가장 기본적인 기어 파라미터:

• 굽힘 강도 결정: 모듈이 클수록 이뿌리가 두꺼워져 굽힘 강도가 높아짐
• 최소 모듈 원칙: 강도 요구 사항을 충족하는 가장 작은 모듈을 선택 — 비용 절감, 진동 감소
• 표준 모듈 시리즈 (GB/T 1357): 0.5, 0.6, 0.8, 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10…
• 서로소 잇수 선호: 주기적 마모 방지; 피니언은 일반적으로 17-25 잇수 (≥17로 언더컷 방지)

2. 압력각 및 전위

압력각

• 표준 20°: 가장 일반적, 이뿌리 강도와 미끄럼률의 균형
• 14.5°: 구형 표준, 맞물림이 부드럽지만 이뿌리가 약함
• 25°: 중하중 기어, 이뿌리 강도는 높지만 미끄럼률 증가

전위

• 정전위 (x>0): 이 두께 증가, 굽힘 강도 향상, 언더컷 방지
• 부전위 (x<0): 이 두께 감소, 중심 거리 조정
• 등전위: x1+x2=0, 중심 거리 불변
• 각전위: x1+x2≠0, 중심 거리 변화

3. 기어 분류 및 선택

• 유형 스퍼 기어: 구조가 간단하고 축방향 추력이 없으며 경제적
  • 일반적인 적용: 저속 구동, 공작 기계 기어박스
• 유형 헬리컬 기어: 맞물림이 부드럽고 부하 용량이 크며 축방향 추력이 있음
  • 일반적인 적용: 고속 중하중, 자동차 변속기
• **유형 **베벨 기어****: 교차 축 간 동력 전달, 가공이 복잡
  • 일반적인 적용: 차동 장치, 조향 기구
• 유형 웜 기어: 높은 감속비, 자동 잠금, 낮은 효율
  • 일반적인 적용: 리프팅 기구, 인덱싱 장치
• 유형 유성 기어: 컴팩트, 높은 출력 밀도, 복잡한 구조
  • 일반적인 적용: 풍력 터빈 기어박스, 로봇 관절

4. 실용적 인사이트

인사이트 1: 피니언은 항상 약한 고리

어떤 기어 쌍에서든 피니언은 잇수가 적고 굽힘 응력 사이클이 많으며 고장 위험이 더 높습니다.

권장 사항:

• 피니언은 기어보다 약간 더 높은 경도 (30-50 HB 높게)
• 피니언에는 정전위, 기어에는 제로 또는 부전위 적용
• 피니언: 20CrMnTi 침탄; 기어: 40Cr 조질

인사이트 2: 모듈 선택 함정

고객은 종종 “더 큰 모듈 = 더 강함"을 요구하지만, 과대 모듈은 다음을 초래합니다:

• 이 높이 증가 → 미끄럼률 증가 → 마모 가속
• 접촉률 감소 → 맞물림 부드러움 저하
• 재료 비용 증가

올바른 전략: 허용 가능한 굽힘 강도 내에서 더 작은 모듈 + 적절히 더 넓은 면폭을 선호하십시오.

인사이트 3: 내접 vs 외접 기어

내접 기어 맞물림 (일반적으로 유성 캐리어에 사용)은 곡률 반경이 더 크고 접촉 응력이 낮지만 가공이 더 어렵고 (성형/브로칭), 잇수는 간섭에 의해 제한됩니다 (z_inner - z_outer ≥ 8-10).

“기어를 설계할 때 개별 부품 강도만 보지 말고 쌍을 이룬 수명 균형을 고려하십시오. 절대 고장 나지 않는 기어와 3개월 만에 고장 나는 피니언을 짝지으면 전체 전동 시스템이 부적합해집니다.”

5. 빠른 참조 — 재료 및 모듈 권장 사항 (7등급, 중간 하중)

PinyiGear — 정밀 기어 제조 및 전동 시스템