유성 기어 감소

겉으로 보기에는 기어의 개수나 크기가 "줄어드는" 것처럼 보일 수 있는데, 이는 부분적으로 사실입니다. 엔진이나 전기 모터와 같은 회전 기계의 출력 속도를 줄이거나 토크를 높여야 할 때, 원하는 결과를 얻기 위해 기어가 일반적으로 사용됩니다. 기어 "감속"은 특히 회전 기계의 속도를 의미합니다. 회전 기계의 회전 속도는 1:1보다 큰 기어비로 나누어 "줄어듭니다". 1:1보다 큰 기어비는 톱니 수가 적은 작은 기어(축소된 크기)가 톱니 수가 많은 큰 기어와 맞물려 구동될 때 얻어집니다.

기어 감속은 토크에 반대 효과를 미칩니다. 회전 기계의 출력 토크는 기어비로 곱해지지만, 효율 손실이 발생합니다.

많은 경우 기어 감속은 속도를 줄이고 토크를 증가시키지만, 어떤 경우에는 속도를 높이고 토크를 줄이는 데 사용되기도 합니다. 풍력 터빈 발전기는 이러한 방식으로 기어 감속을 사용하여 비교적 느린 터빈 블레이드 회전 속도를 전기를 생산할 수 있는 고속으로 변환합니다. 이러한 용도에 사용되는 기어박스는 속도를 줄이고 토크를 증가시키는 용도에 사용되는 기어박스와는 반대로 조립됩니다.

기어 감속은 어떻게 이루어질까요? 평행축, 유성 기어, 직각 웜 기어박스 등 다양한 종류의 감속기가 기어 감속을 구현할 수 있습니다. 평행축 기어박스(또는 감속기)에서는 특정 개수의 톱니를 가진 피니언 기어가 더 많은 톱니를 가진 큰 기어와 맞물려 구동됩니다. "감속비" 또는 기어비는 큰 기어의 톱니 수를 작은 기어의 톱니 수로 나누어 계산합니다. 예를 들어, 전기 모터가 13개의 톱니를 가진 피니언 기어를 구동하고 이 기어가 65개의 톱니를 가진 기어와 맞물리면 5:1의 감속비(65 / 13 = 5)가 달성됩니다. 전기 모터의 회전 속도가 3,450rpm인 경우, 기어박스는 이 속도를 5배로 줄여 690rpm으로 만듭니다. 모터 토크가 10lb-in인 경우, 기어박스는 이 토크를 5배 증가시켜 50lb-in로 만듭니다(기어박스 효율 손실을 차감하기 전).

평행축 기어박스는 여러 개의 기어 세트를 포함하는 경우가 많아 기어 감속비를 증가시킵니다. 전체 기어 감속비(기어비)는 각 기어 세트 단계의 개별 기어비를 곱하여 결정됩니다. 기어박스에 3:1, 4:1, 5:1 기어 세트가 포함되어 있다면 전체 기어비는 60:1(3 x 4 x 5 = 60)이 됩니다. 위의 예에서 3,450rpm으로 회전하는 전기 모터는 60:1 기어박스를 사용하면 회전 속도가 57.5rpm으로 감소합니다. 10lb-in의 전기 모터 토크는 (효율 손실을 고려하기 전) 600lb-in로 증가합니다.

피니언 기어와 맞물리는 기어의 톱니 수가 같으면 감속이 발생하지 않고 기어비는 1:1이 됩니다. 이러한 기어를 아이들러 기어라고 하며, 그 주된 기능은 회전 속도를 줄이거나 토크를 증가시키는 것이 아니라 회전 방향을 바꾸는 것입니다.

유성 기어 감속기의 기어비 계산은 태양 기어와 링 기어의 톱니 수에 따라 달라지기 때문에 직관적이지 않습니다. 유성 기어는 아이들 기어 역할을 하며 기어비에 영향을 미치지 않습니다. 유성 기어비는 태양 기어와 링 기어의 톱니 수의 합을 태양 기어의 톱니 수로 나눈 값입니다. 예를 들어, 톱니 수가 12개인 태양 기어와 톱니 수가 72개인 링 기어로 구성된 유성 기어 세트의 기어비는 7:1입니다([12 + 72]/12 = 7). 유성 기어 세트는 약 3:1에서 약 11:1까지의 기어비를 구현할 수 있습니다. 더 높은 감속비가 필요한 경우, 추가적인 유성 기어 단을 사용할 수 있습니다.

직각 웜 기어 드라이브의 감속비는 웜의 나사산 수(시작 횟수)와 맞물리는 웜 휠의 톱니 수에 따라 달라집니다. 웜에 시작 횟수가 2회이고 맞물리는 웜 휠에 톱니가 50개라면, 결과적인 기어비는 25:1(50 / 2 = 25)이 됩니다.