베벨기어(bevel gear)란?
베벨기어(bevel gear)는 기어의 한 종류로, 주로 두 축이 서로 교차할 때 사용됩니다.
기어들은 보통 90도 각도를 이루는 두 축 사이에서 힘을 전달하는 데 사용되지만, 다른 각도의 축 사이에서도 사용될 수 있습니다.
베벨기어는 그 모양에 따라 직선 베벨기어, 나선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어, 하이포이드 기어 등으로 분류됩니다. 이 기어들은 자동차의 차동기어, 기계의 각도 전환 장치 등 다양한 곳에 활용됩니다.
베벨기어는 감속기·차동기어장치 등에 사용하고 특히 추력이 걸리는 곳에 사용됩니다.
베벨기어의 종류와 특징
| 베벨기어 종류 | 특징 |
|---|---|
| 1. 앵귤러 베벨기어 (Angular Bevel Gear) | 두 축이 서로 다른 각도에서 만날 때 사용되며, 90도가 아닌 다른 각도에서도 효율적인 동력 전달이 가능함. |
| 2. 스파이럴 베벨기어 (Spiral Bevel Gear) | 기어의 이빨이 나선형으로 배열되어 작동 시 소음이 적고 매끄러운 전력 전달이 가능함. 자동차의 차동기어 등에서 널리 사용됨. |
| 3. 제롤 베벨기어 (Zerol Bevel Gear) | 스파이럴 베벨기어와 유사하지만, 이빨이 직선으로 치우치지 않고 정확히 원점에서 나선을 그리는 형태로, 매끄러운 전력 전달과 높은 정밀도에 적합함. |
| 4. 마이터 베벨기어 (Miter Gear) | 두 축이 90도 각을 이루며 교차할 때 사용되며, 주로 방향 전환 용도로 사용됨. 동일한 크기와 이빨 수를 가진 두 기어가 한 쌍으로 사용됨. |
| 5. 크라운 베벨기어 (Crown Bevel Gear) | 한 기어의 이빨이 평평하며, 다른 축과 90도 각을 이루어 맞물림. 고르지 않은 하중 분배를 허용하며, 특정 응용에서 유용함. |
| 6. 하이포이드 기어 (Hypoid Gear) | 두 축이 서로 같은 평면에 있지 않고 교차점도 중심축에서 벗어난 위치에 있어, 더 큰 감속 비율을 가능하게 함. 자동차의 차동기어에서 흔히 사용됨. |
1. 앵귤러 베벨기어 (Angular Bevel Gear)
교차각이 90º가 아닌 경우 사용한다.
앵귤러 베벨기어는 특별한 형태의 베벨 기어로, 두 축이 서로 다른 각도에서 만날 때 사용됩니다. 이 기어의 특징은 축 간의 각도가 90도가 아닌 다른 각도에서도 효율적인 동력 전달이 가능하다는 점입니다.
2. 스파이럴 베벨기어 (Spiral Bevel Gear)
잇줄이 곡선이고 모선에 대해 경사져 있다.
스파이럴 베벨기어는 기어의 이빨이 나선형으로 배열되어 있어, 작동 시 소음이 적고, 매끄러운 전력 전달이 가능합니다. 이러한 특성 때문에 자동차의 차동기어 등에서 널리 사용됩니다.
3. 제롤 베벨기어 (Zerol Bevel Gear)
스파이럴 베벨기어에서 이너비 중앙의 비틀림각이 0º이다.
축방향 하중은 줄이고, 원주속도를 높인다.
제롤 베벨기어는 스파이럴 베벨기어와 유사하지만, 기어의 이빨이 직선으로 치우치지 않고 정확히 원점에서 나선을 그리는 형태입니다. 이는 매끄러운 전력 전달과 높은 정밀도를 요구하는 장비에 적합합니다.
4. 마이터 베벨기어 (Miter Gear)
교차각이 90º이며 기어의 잇수가 서로 같다.
마이터 기어는 두 축이 90도 각을 이루며 교차할 때 사용되는 특수한 형태의 베벨기어입니다. 일반적으로 동일한 크기와 이빨 수를 가진 두 기어가 한 쌍으로 사용됩니다. 주로 방향을 전환하는 용도로 사용됩니다.
5. 크라운 베벨기어 (Crown Bevel Gear)
피치면이 평면이다.
크라운 베벨기어는 한 기어의 이빨이 평평한 형태를 가지고 있으며, 다른 축과 90도 각을 이루는 기어에 맞물립니다. 이 구조는 고르지 않은 하중 분배를 허용하며, 특정 응용에서 유용할 수 있습니다.
6. 하이포이드 기어 (Hypoid Gear)
비평행, 비교차하는 축에 사용하며 운전이 정숙하고 전달동력이 크다.
인벌류트 치형이 아니다.
하이포이드 기어는 스파이럴 베벨기어의 한 종류로, 두 축이 서로 같은 평면에 있지 않고 교차점도 중심축에서 벗어난 위치에 있습니다.
더 큰 감속 비율을 가능하게 하며, 자동차의 차동기어에서 흔히 볼 수 있습니다. 하이포이드 기어는 뛰어난 부드러운 전력 전달과 높은 토크 전달 능력을 자랑합니다.
베벨기어 관련 공식(feat. 명칭과 기하학)
1. 피치 원추각(δ)
피치원추꼭지각(원추정각)의 1/2입니다.
2. 피치원 지름(D)
바깥에서 본 피치원 지름이며, 모듈은 외단부의 피치원 지름을 기준으로 합니다.
3. 평균 지름(Dm)
집중하중으로 치화된 분포하중이 치폭의 중간지점에 작용하는 점과 축 중심과의 거리를 평균 반지름이라하며, 평균 지름에 해당하는 원을 평균 피치원이라 합니다.
4. 원추거리(L)
피치원추의 꼭지점에서 외단부까지의 모선길이입니다.
5. 이끝각(θa), 이뿌리각(θf)
이끝각은 피치원추의 모선과 이끝원추의 모선이, 이뿌리각은 피치원추의 모선과 이뿌리원추의 모선이 이루는 각입니다.
6. 바깥 지름(이끝원 지름, Do, Da)
바깥쪽에서 본 지름이며, 보통이에서 이끝높이 ha는 모듈m과 같습니다.
7. 이 너비(b)
이 폭이 증가해도 내단부의 이 크기가 작아져 톱니의 강도는 증가하지 않습니다.
8. 베벨기어의 각속도비
1) 속도비
2) 피치 원추각
3) 만일, 축각 δ1 + δ2 = 90º라면, 다음의 공식을 만족합니다.
이라면,
9. 상당평치차의 잇수
베벨기어의 이는 내측과 외측의 크기가 다르기 때문에, 강도해석을 위해서 후반원추의 이 크기에 해당하는 상당평치차로 대체합니다.
상당평치차의 반지름 Q2A를 Re라 한다면, 아래와 같습니다.
상당평치차의 지름과 잇수는 다음과 같습니다.
마무리
오늘은 베벨기어(bevel gear)의 종류 6가지와 특징, 관련 공식에 대해 알아보았습니다.
베벨기어는 두 축이 서로 교차할 때 주로 사용되는 기어의 한 종류입니다.
이 기어는 직선 베벨기어, 나선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어, 하이포이드 기어 등 다양한 형태로 분류되며, 자동차의 차동기어, 기계의 각도 전환 장치 등에 활용됩니다.
베벨기어는 각기 다른 특성을 가지는 여러 종류가 있으며, 이들은 각각 특별한 용도로 사용됩니다. 앵귤러 베벨기어는 다른 각도에서 만날 때 사용되며, 스파이럴 베벨기어는 나선형 이빨로 소음이 적고 매끄러운 전력 전달이 가능합니다. 제롤 베벨기어는 정밀한 전력 전달에 적합하고, 마이터 베벨기어는 두 축이 90도를 이룰 때 사용됩니다.
크라운 베벨기어는 평평한 이빨을 가지며, 하이포이드 기어는 더 큰 감속 비율을 가능하게 합니다.
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