기어 모듈 선정: 분류 및 압력각

세션 노트 — 기어 설계 기초: 유형 및 모듈 선정

날짜: 2026-07-04 | 주제: 기어 설계 기초 | 세션: 1/?

모듈 선정: 핵심 파라미터

모듈은 m = d/z — 피치 원지름을 잇수로 나눈 값으로 정의됩니다. 이는 단일 기어 파라미터 중 가장 기본적이며, 이를 올바르게 결정하는 것이 비용, 소음 및 내구성을 좌우합니다.

• 서로소 잇수 선호는 주기적 마모를 방지하는 데 도움이 됩니다. 피니언은 일반적으로 17-25개의 잇수를 가집니다(언더컷을 피하려면 ≥17).

압력각 및 전위

압력각 옵션

세 가지 압력각이 대부분의 설계 작업을 커버합니다:

• 20° — 표준 선택으로, 치근 강도와 미끄럼률의 균형을 맞춥니다.
• 14.5° — 구형 표준; 맞물림은 더 부드럽지만 치근이 약합니다.
• 25° — 중부하 기어에 사용; 치근 강도는 상승하지만 미끄럼률도 상승합니다.

전위 변형

• 양전위 (x>0): 치아 두께가 증가하고 굽힘 강도가 향상되며 언더컷을 피할 수 있습니다.
• 음전위 (x<0): 치아 두께가 감소하여 중심 거리 조정이 가능합니다.
• 등전위: x1 + x2 = 0이므로 중심 거리가 변경되지 않습니다.
• 각전위: x1 + x2 ≠ 0이므로 중심 거리가 변경됩니다.

기어 분류 및 적용 선정

• 유형 스퍼 기어: 단순 구조, 축방향 추력 없음, 제조 경제적
  • 일반적인 적용: 저속 구동, 공작 기계 기어박스
• 유형 헬리컬 기어: 부드러운 맞물림, 높은 부하 용량, 축방향 추력 존재
  • 일반적인 적용: 고속 중부하, 자동차 변속기
• **유형 **베벨 기어****: 교차 축 간 동력 전달, 복잡한 가공
  • 일반적인 적용: 차동 장치, 조향 메커니즘
• 유형 웜 기어: 높은 감속비, 자체 잠금 기능, 낮은 효율
  • 일반적인 적용: 리프팅 메커니즘, 인덱싱 장치
• 유형 유성 기어: 컴팩트, 높은 출력 밀도, 복잡한 구조
  • 일반적인 적용: 풍력 터빈 기어박스, 로봇 관절

실무 인사이트

인사이트 1: 피니언은 항상 약점

모든 기어 쌍에서 피니언은 잇수가 적고 더 많은 굽힘 응력 사이클을 축적하므로 더 높은 파손 위험에 직면합니다. 실무 권장 사항:

• 피니언에 약간 더 높은 경도를 부여하십시오 — 기어보다 30-50 HB 높게.
• 피니언에 양전위 보상을 적용하고, 기어는 음전위 또는 제로 전위를 취하십시오.
• 재료 조합: 피니언은 20CrMnTi 침탄을 사용하고, 기어는 40Cr 조질을 사용할 수 있습니다.

인사이트 2: 모듈 선정 함정

고객들은 종종 “더 큰 모듈 = 더 강함"을 주장하지만, 과대한 모듈은 여러 가지 불이익을 초래합니다:

• 치아 높이 증가 → 미끄럼률 증가 → 마모 가속
• 접촉률 감소 → 전동 부드러움 저하
• 소재 비용 증가

올바른 전략: 충분한 굽힘 강도를 전제로, 더 작은 모듈 + 적절히 더 넓은 면폭을 우선시하십시오.

인사이트 3: 내접 vs 외접 기어

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

빠른 참조 표

일반적인 재료 조합 방식 (등급 7, 중간 부하 및 속도):

오늘의 성찰

“기어를 설계할 때 개별 부품 강도만 보지 말고 쌍을 이룬 수명 균형을 고려하십시오. 절대 파손되지 않는 기어와 3개월 만에 파손되는 피니언이 짝을 이루면 전체 전동 시스템이 부적합해집니다.”

다음 세션 예고: 기어 재료 및 열처리 — 침탄 깊이를 과학적으로 선택하는 방법?

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