웜(Worm)과 웜기어(Worm gear)란?
웜기어는 2개의 회전축 사이에서 한 쪽 축에 고정된 나선 형상의 웜과 다른 쪽에 고정된 웜 휠 또는 헬리컬 기어를 맞물리게 하여 회전력을 전달하는 기계 요소 부품입니다.
두 축이 직각을 이루는 경우에 사용하며, 감속이 크지만 효율이 낮습니다.
웜기어는 큰 비율의 기어 감속에 사용되며, 웜의 줄 수와 웜휠의 잇수에 따라 감속비가 결정됩니다. 웜기어의 일적인 기어비 범위는 5:1에서 300:1 가량입니다.
일반적으로 브레이크 혹은 비상정지 기능을 필요로 하는 컨베이어 장치 등에 사용됩니다.
웜기어의 특징
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 1. 공간 효율성 | 좁은 공간에서 큰 감속(1단 감속으로 1/60 정도) 가능 |
| 2. 소음 및 진동 | 소음과 진동이 적음 |
| 3. 부하용량 | 부하용량이 큼 |
| 4. 역전 방지 | 역전 방지 가능 |
| 5. 마찰열 및 스러스트 발생 | 웜과 웜휠의 물림으로 인해 마찰열이 많이 발생하고 스러스트가 발생함 |
| 6. 가공 복잡성 | 웜휠의 형상이 복잡하여 특수공구가 필요함 |
| 7. 호환성 | 인벌류트 기어와 호환성 없음 |
| 8. 효율 | 대체로 기어의 효율이 낮음 |
일반적인 웜기어의 축각은 90º이며 나사모양의 기어를 웜, 웜과 맞물리는 기어를 웜휠(웜기어)이라 한다. 웜이 웜휠을 회전시키며 동력을 전달하지만, 특수한 경우에는 웜휠이 웜을 회전시키기도 한다.
웜기어 특징 요약
1. 작은 공간에서 큰 감속비(1/8~1/40)를 얻는다.
2. 웜에 축방향 하중이 발생하고, 미끄럼 마찰으로 발생하는 동력손실으로 효율이 낮다.
3. 웜휠의 비틀림각과 웜의 리드각이 같고, 비틀림 방향이 일치해야 서로 맞물릴수 있다
4. 웜의 이는 웜휠보다 미끄럼 마찰이 작용하는 시간이 길기 때문에, 웜휠보다 마모에 강한 재질을 사용한다.
웜과 웜휠의 관계
| 내용 | 설명 |
|---|---|
| 웜과 웜휠 | 웜 기어를 구성하는 부품으로, 웜은 나사모양의 기어이며, 웜휠은 웜과 맞물리는 기어이다. |
| 전달 동력의 원리 | 웜을 회전시키면 축 방향으로 미는 힘이 발생하여 이 힘이 웜휠을 회전력으로 작용하여 동력을 전달한다. |
| 비틀림 방향의 조합 | 웜기어는 비틀림 방향이 있으므로, 같은 비틀림 방향의 웜과 웜휠을 조합하여 사용한다. |
| 상대곡률 성립 | 웜과 웜휠의 맞물림 시 상대적인 곡률이 성립한다. |
| 넓은 접촉면 | 웜과 웜휠의 맞물림 시 나사가 감긴 것처럼 동시에 접촉하는 면이 넓어 마찰열 발생이 적고, 효과적인 동력 전달이 이루어진다. |
웜의 축방향 피치와 웜휠의 축방향 피치
1. 웜의 축방향 피치
웜이 1회전할 때 축방향으로 전진한 길이를 웜의 줄수로 나눈 값이다.
2. 웜휠의 축직각 피치
피치원 둘레를 잇수로 나눈 값이며 피치원상 이와 이사이의 거리이다. 웜과 웜흴이 맞물려 돌아간 길이와 웜휠의 축직각 피치ps는 웜의 축방향 피치 pa와 같고, 웜휠의 축직각 모듈 ms는 웜의 축방향 모듈 ma과 같다.
웜기어의 각속도비
웜이 1회전하는 동안 웜휠은 나선의 리드만큼 움직이고, 웜휠의 피치원 둘레를 회전한다.
웜의 리드각(γ)
웜의 자립조건
웜휠이 구동기어가 되면 회전은 반대가 되며, 마찰각이 음(-)이 되므로 효율(η)는 다음과 같다.
마무리
오늘은 웜과 웜기어(Worm gear)의 특징과 각종 공식에 대해 알아보았습니다.
웜과 웜기는 직각으로 위치한 두 축 사이에서 효과적인 동력 전달을 가능하게 하며, 특히 큰 감속비를 필요로 하는 응용 분야에서 많이 사용됩니다.
좁은 공간에서도 큰 감속비를 제공할 수 있으며, 소음과 진동이 적고, 부하용량이 큰 장점을 가지고 있습니다. 하지만, 마찰열과 스러스트 발생, 가공 복잡성, 낮은 효율 등의 단점도 가지고 있어, 이러한 특성들은 설계 및 응용 과정에서 충분히 고려되어야 합니다.
웜과 웜휠의 재질 및 설계는 높은 부하용량과 마찰 저항성을 고려하여 선택되어야 하며, 비틀림 방향과 상대곡률 등의 조건을 만족시켜야 합니다.
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