목차 1 기 어 의 종 류 와 용 어 기 어 의 종 류 기 어 기 호 와 용 어 51 2 기 어 열 의 속 도 비 와 회 전 방 향 단 기어 기구 단 기어 기구 54 3 기 어 의 치 형 기어의

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1 기어의 역할 기계요소로서 기어는 전동장치에 폭 넓게 사용되고 있습니다. 이러한 기어가 현재와 같이 보급된 이유로는 다음 같은 점을 들 수 있습니다. 작게는 시계용 기어에서 크게는 선박용 터빈기어까지 전달마력의 범위가 넓다는 점. 동력을 확실게 전달할 수 있다는 점. 잇수의 조합을 바꿈으로써 속도 전달비를 자유롭고 정확게 선택할 수 있다는 점. 기어의 조합수를 증감함으로써 회전축 상호의 관계위치를 자유롭게 할 수 있다는 점. 평행축, 직교축 ( 교차축 ), 어긋난 축 등 여러 축에 사용할 수 있다는 점. 이들 기어를 사용는데 있어 기본적인 사항을 기어 기술자료편 에 정리했습니다. KHK31 에서 기어를 선정는데 도움이 되는 기어기술을 소개고 있습니다.

2 목차 1 기 어 의 종 류 와 용 어 기 어 의 종 류 기 어 기 호 와 용 어 51 2 기 어 열 의 속 도 비 와 회 전 방 향 단 기어 기구 단 기어 기구 54 3 기 어 의 치 형 기어의 치형 및 치수 인 벌 류 트 곡 선 인 벌 류 트 기 어 의 물 림 인벌류트 치형의 창성 언 더 컷 기 어 의 전 위 치형 수정 잇줄 수정 59 4 기 어 의 백 래 시 각종 기어의 백래시 설명 각종 기어의 백래시 계산식 이 두 께 와 백 래 시 기 어 열 백래시 백래시를 작게는 방법 기 어 의 정 밀 도 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도 베벨기어의 정밀도 기 어 의 조 립 정 밀 도 중심거리 정밀도 축 의 평 행 도 기 어 의 이 접 촉 52 7 기 어 의 재 료 와 열 처 리 기어에 사용는 일반적인 재료 기어의 대표적인 열처리 방법 기어의 윤활 기 어 의 소 음 대 책 527 <기어에 관한 JIS 규격> 1 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도 베벨기어의 정밀도 534 평기어 및 헬리컬 기어의 백래시 536 베벨기어의 백래시 537 구멍의 공차역 클래스와 치수 허용차 538 축의 공차역 클래스와 치수 허용차 54 센 터 구 멍 미터 병목나사 암나사 내경 각 구멍붙이 볼트 각 구멍붙이 볼트에 대한 카운터보어 및 볼트구멍 치수 545 호칭경 6 각 볼트 병목나사 ( 부품등급 A : 제 1 선택 ) 의 치수 각 너트 스타일 1 병목나사 ( 제 1 선택 ) 의 치수 각 구멍붙이 멈춤나사 나사 끝의 치수 테 이 퍼 핀 의 치 수 홈붙이 일반중용 스프링 핀 키 및 키 홈 절삭가공 치수의 보통 허용차 표 면 거 칠 기 기어제도에 이용된 기특성 기호 551 <수식 단위 기타 자료> 수 학 의 공 식 553 국 제 단 위 계 (SI) 554 역 학 의 편 리 한 환 산 식 555 강 재 중 량 표 556 주요 원소기호 및 비중 557 경 도 환 산 표 558 기 어 의 피 치 비 교 표 559

3 1 기어의 종류와 용어 (1)평행축 기어 기어에는 많은 종류가 있고 기어에 관련된 독특한 용어도 많이 있습니다. 여기에서는 일반적으로 사용되는 기어와 특징 및 자주 사용되는 기어용어를 소개합니다. 1.1 기어의 종류 많은 종류의 기어를 분류는 방법으로는, 기어축의 관 계위치에 의한 것이 가장 일반적이며 평행축, 교차축, 어긋 난축의 3 가지로 분류됩니다. 평행축 기어에는 평기어, 헬리컬 기어, 인터널기어, 랙, 헬리컬 랙 등이 있습니다. 교차축 기어에는 직선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어, 제 롤 베벨기어 등이 있습니다. 어긋난 축 기어에는 나사기어, 웜기어, 이포이드 기어 등이 있습니다. 표 1.1 에는 대표적인 기어를 분류여 나타냅니다. 표 1.1 기어의 분류와 종류 기어의 분류 평행축 교차축 어긋난 축 기어의 종류 평 기 어 랙 기 어 인 터 널 기 어 헬 리 컬 기 어 헬 리 컬 랙 이 중 헬 리 컬 기 어 직 선 베 벨 기 어 스파이럴 베벨기어 제 롤 베 벨 기 어 나 사 기 어 원 통 웜 기 어 이 표에 나타낸 효율은 기어의 전동효율로 베어링 손실이 나 윤활유와 관련된 손실 등은 제외했습니다. 평행축 및 교차축의 기어쌍의 물림은 대부분이 회전이고 상대적으로 미끄럼은 적으므로 고효율입니다. 나사기어 및 웜기어 등 어긋난 축의 기어쌍은 상대적인 미 끄럼에 의한 회전 및 동력전달이 되므로 마찰의 영향을 크 게 받아 다른 기어쌍에 비해 효율이 나빠지게 됩니다. 기어의 효율은 기어를 정확히 조립했을 때의 값입니다. 특히 베벨기어의 원추 정점이 어긋나는 등, 조립이 잘못 되 면 효율은 감소되는 경향이 있습니다. 효율 (%) 평기어 잇줄이 축에 평행한 직선 의 원통기어입니다. 제작이 쉬우므로 동력전달 용으로 가장 많이 사용되는 기어입니다. 2 랙기어 평기어와 맞물리는 직선치 형의 기어입니다. 평기어의 피치원통 반지름 이 무한대 로 된 기어입니 다. 3 인터널기어 평기어와 맞물리는 원통의 내측에 이가 만들어져 있는 기어입니다. 주로 유성기어 장치나 기 어형 축 조인트 ( 기어 커플 링 ) 등에 사용되고 있습니 다. 4 헬리컬 기어 잇줄이 나선인 원통기어입 니다. 평기어보다 강고 조용한 기어로서 폭 넓게 사용되고 있습니다. 축방향력 ( 스러스트 ) 이 발생합니다. 5 헬리컬 랙 헬리컬 기어와 맞물리는 비틀림을 가진 직선 치형의 기어입니다. 헬리컬 기어의 피치원통 반지름이 무한대 로 된 기 어입니다. 그림 1.1 평기어 그림 1.2 랙기어 그림 1.3 인터널기어 그림 1.4 헬리컬 기어 그림 1.5 헬리컬 랙 499

4 6 이중 헬리컬 기어 (3)어긋난 축 기어 왼쪽 비틀림 오른쪽 비틀 1 원통 웜기어 림의 헬리컬 기어를 조합한 원통 웜 이것 맞물리 것입니다. 는 웜 휠의 총칭입니다. 축방향력 ( 스러스트 ) 이 1단으로 크게 감속할 수 발생지 않는다는 장점이 있고 조용다는 장점 외에 있습니다. 효율이 낮은 단점도 있습니 그림 1.6 이중 헬리컬 기어 다. 그림 1.1 원통 웜기어 2 나사 기어 원통기어 한쌍을 어긋난 축 사이의 운동전달에 이용 (2)교차축 기어 할 경우의 기어입니다. 1 직선 베벨기어 잇줄이 직선인 베벨기어 입니다. 베벨기어로는 비교적 제작 이 용이므로 동력전달용 베벨기어로 가장 많이 보급 헬리컬 기어간 또는 헬리 컬 기어와 평기어의 조합으 로 사용됩니다. 조용지만 비교적 경부 가 아니면 사용할 수 없습니 다. 그림 1.11 나사 기어 되고 있습니다. 2 스파이럴 베벨기어 잇줄이 곡선이며 비틀림각 을 가진 베벨기어입니다. 직선 베벨기어보다 제작이 어렵지만 강고 조용한 기 어로서 폭 넓게 사용되고 있 그림 1.7 직선 베벨기어 (4)기타 특수한 기어 1 페이스 기어 이것은 평기어 또는 헬리 컬 기어와 맞물리는 원판모 양의 기어입니다. 직교는 축 또는 어긋난 축에 사용됩니다. 습니다. 그림 1.12 페이스 기어 2 장고형 웜기어 3 제롤 베벨기어 비틀림각이 거의 인 스파이럴 베벨기어입니다. 직선 베벨기어와 스파이럴 베벨기어의 특징을 함께 가 진 독특한 베벨기어로 치면 그림 1.8 스파이럴 베벨기어 장고형 웜 이것 맞물 리는 웜 휠의 총칭입니다. 제작이 어렵지만 원통 웜기 어에 비해 큰 동력을 전달할 수 있습니다. 그림 1.13 장고형 웜기어 에 가해지는 힘은 직선 베벨 기어와 거의 비슷합니다. 3 이포이드 기어 어긋난 축 간에 운동을 전 달는 원추 형상의 기어입 니다. 그림 1.9 제롤 베벨기어 대소 기어의 축이 오프셋되 어 있고 스파이럴 베벨기어 와 유사한 기어입니다. 물림 이 매우 복잡합니다. 그림 1.14 이포이드 기어 5

5 1.2 기어의 기호와 용어 본 카달로그에서 사용고 있는 기어의 기호 및 용어를 표 1.2~1.4 에 나타냅니다. 지금까지 사용해 왔던 표기법 JIS B12( 기어 기호 ) 와 JIS B 12( 기어 용어 ) 는 국제 적 표기법의 통일을 목적으로 ISO 규격에 준거는 표기법 (JIS B 121:1999 JIS B 12:1999) 으로 개정되었습니 다. 이에 따라 본 카달로그의 기술자료도 가능한 한 ISO 규격에 준거는 표기법으로 통일였습니다. 표 1.2 직선상 치수 및 원주상 치수 중심거리 ( 조립거리 ) 기준 피치 정면 피치 치직각 피치 축방향 피치 기초원 피치 정면 기초원 피치 치직각 기초원 피치 이높이 이끝 높이 이뿌리 높이 활줄 이높이 일정 활줄 이높이 물림 이높이 이두께 치직각 이두께 정면 이두께 봉우리 너비 정면 기초원 이두께 활줄 이두께 일정 활줄 이두께 걸치기 이두께 이의 홈 이뿌리 틈새 원주방향 백래시 법선방향 백래시 반지름 방향의 틈새 축방향의 틈새 주 1 각도 백래시 치폭 유효 치폭 리드 물림 길이 접근 물림 길이 퇴거 물림 길이 중첩 물림 길이 기준원 지름 피치원 지름 이끝원 지름 기초원 지름 이뿌리원 지름 중앙 기준원 지름 내단 이끝원 지름 기준원 반지름 피치원 반지름 이끝원 반지름 기초원 반지름 이뿌리원 반지름 치형의 곡률 반지름 원추 거리 배원추 거리 용 어 주 1. 축방향의 틈새는 JIS 규격에 정의되지 않은 용어이다. 기 호 a p p t p n p x p b p bt p bn h h a h f h a h c h w s s n s t s a s b s s c W e c j t j n j r j x jθ b b w p z g α g f g a g β d d w d a d b d f d m d i r r w r a r b r f ρ R R v 표 1.3 각도 치수 기준 압력각 물림 압력각 공구 압력각 정면 압력각 치직각 압력각 축평면 압력각 정면 물림 압력각 이끝원 압력각 치직각 물림 압력각 기준 원통 비틀림각 피치 원통 비틀림각 중앙 비틀림각 주 2 이끝 원통 비틀림각 기초 원통 비틀림각 용 어 기준 원통 리드각 피치 원통 리드각 이끝 원통 리드각 기초 원통 리드각 축각 기준 원추각 피치 원추각 주 3 이끝 원추각 주 4 이뿌리 원추각 주 5 이끝각 이뿌리각 정면 접촉각 중첩각 전체 접촉각 이두께의 반각 이끝원 이두께의 반각 이홈 너비의 반각 크라운 기어의 각 피치 인벌류트 각 ( 인벌류트α ) 기 호 α α w α α t α n α x α wt α a α wn β β w β m β a β b γ γ w γ a γ b Σ δ δ w δ a δ f θ a θ f ζ α ζ β ζ γ ψ ψ a η τ invα 주 2. 스파이럴 베벨기어의 비틀림각은 JIS B 12 에서는 나선각이다. 주 3. JIS B 12 의 정의에서는 피치각이다. 주 4. JIS B 12 의 정의에서는 이끝각이다. 주 5. JIS B 12 의 정의에서는 이뿌리각이다. 51

6 표 1.4 기타 잇수 상당 평기어 잇수 줄수 또는 소기어 잇수 잇수비 속도 전달비 모듈 정면 모듈 치직각 모듈 축방향 모듈 직경 피치 정면 물림률 중첩 물림률 전체 물림률 용 어 각속도 선속도 회전수 전위계수 치직각 전위계수 축직각 전위계수 중심거리 수정계수 접선방향력 ( 원주 ) 축방향력 ( 스러스트 ) 반지름 방향력 핀지름 이상적인 핀지름 오버핀 치수 핀의 중심을 통는 압력각 마찰계수 이두께 계수 단일피치 오차 인접피치 오차 누적피치 오차 전체 치형 오차 이 홈의 흔들림 전체 잇줄 오차 기 호 z z v z 1 u i m m t m n m x P ε α ε β ε γ ω v n x x n x t y F t F x F r d p d' p M φ μ Κ f pt f υ 또는 f pu F p F α F r F β 표 1.5 에는 그리스 문자를 나타냅니다. 표 1.5 그리스 문자 대문자 소문자 스펠링 읽는 법 Α Β Γ Δ Ε Ζ Η Θ Ι Κ Λ Μ Ν Ξ Ο Π Ρ Σ Τ Υ Φ Χ Ψ Ω α β γ δ ε ζ η θ ι κ λ μ ν ξ ο π ρ σ τ υ φ χ ψ ω Alpha Beta Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta Iota Kappa Lambda Mu Nu Xi Omicron Pi Rho Sigma Tau Upsilon Phi Chi Psi Omega 알파 베타 감마 델타 엡실론 제타 에타 세타 요타 카파 람다 뮤 뉴 크사이 오미크론 파이 로우 시그마 타우 웁실론 파이 카이 프사이 오메가 이러한 기호 뒤에 1 이나 2 등의 숫자를 붙임으로써 소 기어와 대기어, 웜 웜휠, 구동기어와 피동기어 등을 구 별여 사용합니다. 사용 예 (P53 그림 2.1 참조 ). 52

7 2 기어열의 속도 전달비와 회전방향 기어라는 것은 1 개만으로는 동력을 전달할 수 없습니다. 적어도 2 개 이상의 기어를 맞물리게 함으로써 일을 합니 다. 여기에서는 가장 단순한 기어열인 1 단 기어기구와 그것을 2 쌍 사용한 2 단 기어기구에 대여 설명합니다 단 기어기구 1 쌍의 기어를 맞물린 기어열을 1 단 기어기구라고 합니 다. 그림 2.1 은 모두 1 단 기어기구입니다. 1 단 기어기구에서 구동기어의 잇수를 z 1, 회전수를 n 1, 피 동기어의 잇수를 z 2, 회전수를 n 2 라고 면 속도 전달비 i 는 다음 같이 계산됩니다. z 2 z 1 속도 전달비 i = = (2.1) 이 속도 전달비 i 의 크기에 따라 1 단 기어기구는 3 가지 로 분류할 수 있습니다. 속도 전달비 i < 1 증속 기어기구 n 1 < n 2 속도 전달비 i = 1 등속 기어기구 n 1 = n 2 속도 전달비 i > 1 감속 기어기구 n 1 > n 2 그림 2.1 의 (A) 와 (B) 의 외접기어 간의 1 단 기어기구에서 는 구동기어와 피동기어의 회전방향은 반대가 됩니다. 그림 2.1 의 (C) 평기어와 인터널기어의 물림에서는 회전 방향이 같아집니다. 그림 2.1 의 (D) 의 웜기어의 물림에서는 비틀림 방향에 따라 회전방향은 바뀝니다. n 1 n 2 기어 2 기어 1 기어 2 기어 1 (z 2,n 2 ) (z 1,n 1 ) (z 2,n 2 ) (z 1,n 1 ) (A) 평기어 간 (B) 베벨기어 기어 2 기어 1 오른쪽 비틀림 웜 왼쪽 비틀림 웜 (z 2,n 2 ) (z 1,n 1 ) (z 1,n 1 ) (z 1,n 1 ) 오른쪽 비틀림 웜휠 왼쪽 비틀림 웜휠 (z 2,n 2 ) (z 2,n 2 ) (C) 평기어와 인터널기어 (D) 웜기어 쌍 그림 단 기어기구 53

8 기어 기술자료 이들 외에 랙를 사용한 1 단 기어기구가 있습니다. 이 1 단 기어기구에서 피니온의 잇수를 z1, 으로 고 피니온이 각도 θ 만큼 회전했을 때의 랙의 이동량 은 다음 식으로 계산됩니다. z 1θ = πm 이 식에서 πm 은 랙의 피치입니다. 이 2 단 기어기구에서 기어 2 와 기어 3 의 잇수를 같게 한 것이 그림 2.4 의 기구입니다. 이 기구에서 기어 2 는 속도 전달비 i 에 영향을 주지 않는 아이들 기어로 되어 있습니다. 이 기구는 아이들 기어를 사용한 1 단 기어기구로 생각할 수 있으며, 그 속도 전달비 i 는 (2.4) 의 식으로 나타낼 수 있습니다. z z z 속도 전달비 i = z2 z3 = z l θ 2.4 πm 기어 3 기어 2 ( z 3, n 3) 기어 1 ( z 2, n 2) ( z 1, n 1) 그림 2.2 피니온 랙 단 기어기구 2 단 기어기구란 1 단 기어기구를 2 쌍 사용한 것입니다. 그림 2.3 에는 평기어의 2 단 기어기구를 나타냅니다. 여기서 1 단째의 기어 1 을 구동기어라고 면, 이 2 단 기 어기구에서의 속도 전달비 i 는 (2.3) 식으로 나타낼 수 있습 니다. z2 z4 n1 n3 속도 전달비 i = z z = n n 그림 2.4 아이들 기어를 사용한 1 단 기어기구 2.3 단, n2 = n3 입니다. 이 2 단 기어기구에서 기어 1 기어 4 의 회전방향은 같 은 방향입니다. 그림 2.3 의 2단 기어기구의 계산식을 표 2.1 에 나타 냅니다. 표 2.1 2단 기어기구의 속도 전달비 번 항목 호 1 잇수 (1 단째 기어 ) 2 잇수 (2 단째 기어 ) 3 회전수 ( 기어 1) 기어 4 ( z 4, n 4) 기어 3 ( z 3, n 3) 기어 2 ( z 2, n 2) 기어 1 ( z 1, n 1) 기호 계산식 z1, z2 z3, z4 n1 4 속도 전달비 (1 단째 ) i1 5 속도 전달비 (2 단째 ) i2 6 속도 전달비 i 7 회전수 ( 기어 2 및 3) n2 8 회전수 ( 기어 4) n4 설정치 z2 z1 z4 z3 i1 i2 n1 i1 n1 i 계산 예 소기어 대기어 회전수의 단위는 rpm. 설정치란 계산자가 미리 정해놓은 값이다. 그림 단 기어기구 54

9 3 기어의 치형 현재 동력전달용 기어에 널리 사용되고 있는 치형은 인벌 류트 치형입니다. 이 인벌류트 기어는 제작기 쉽다거나 중심거리가 다소 틀려도 매끄럽게 맞물리는 등의 장점이 있 습니다. JIS 규격에서 정한 일반기계 및 중기계용 평기어 및 헬리 컬 기어에 이용는 모듈의 표준치를 표 3.2 에 나타냅니다. 가능한 한 Ⅰ열의 모듈을 이용할 것, 모듈 6.5 는 가능한 한 사용지 말 것을 권장고 있습니다. 3.1 기어의 치형 및 치수 표 3.2 모듈의 표준치 단위 mm 인벌류트 기어 치형의 기준이 되는 랙 치형을 그림 3.1 에 나타냅니다. 표 3.1 에는 치형에 관여 자주 사용되는 용 어, 기호, 계산식 및 정의를 나타냅니다. 이 기어의 치형 같이 이높이가 모듈의 2.25 배인 치형을 표준치형이라고 말 합니다. 이 표준치형이 가장 일반적이지만 경우에 따라서 는 이것보다 이높이가 낮은 저치형, 이높이가 높은 고치형 도 사용되고 있습니다. 압력각은 2 도가 일반적입니다만, 14.5 도, 17.5 도 등 특수한 압력각을 이용는 경우도 있습 니다. Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ (6.5) h 상대 표준 기준랙의 치형 표준 기준랙의 치형 hf ha ρ f p = πm s e α 이끝 hw c JIS B 1712:1999 원통기어 인벌류트 기어 치형 제 2 부 : 모듈에서 발췌 그림 3.2 에는 모듈 1/2/4/8 의 랙 치형의 실제크기를 나타냅니다. m1 이뿌리 c 그림 3.1 기준랙 치형 m2 표 3.1 치형에 관한 용어 모듈 용어 기호 식 정의 m p π 피치 p πm 압력각 α (2 도) 이의 크기를 밀리미터 단위로 나타 낸 것 기준 피치를 원주율 ( π ) 로 나눈 값 기준선상에서 이웃한 이까지의 거 리 모듈 m 을 원주율 ( π ) 배 한 값 이가 기준선의 법선에 대여 기울 어있는 각도 이끝 높이 ha 1.m 기준선에서 이끝까지의 거리 이뿌리 높이 hf 1.25m 기준선에서 이뿌리까지의 거리 이높이 h 2.25m 이끝에서 이뿌리까지의 거리 물림 이높이 hw 2.m 상대 기어와 맞물린 이의 높이 이뿌리 틈새 c.25m 이뿌리 곡률 반지름 이뿌리에서 상대기어의 이끝까지의 거리 ( 틈새 ) ρ f.38m 치면 이뿌리 사이의 곡률 반지름 m4 m8 그림 3.2 랙 치형의 모듈별 실제크기 55

10 모듈 이외에 이의 크기를 나타내는 단위로는 원피치 p(cp) 또는 직경피치 P 가 사용됩니다. 원피치 (CP) 란 기준피치 p 를 말합니다. 이 기준피치 를 정수로 함으로써 이송기구에서 이송량을 원는 정수 로 기 쉬워집니다. 직경피치 P(DP) 는 길이의 단위로 인치를 사용는 국 가들 ( 예를 들어 미국 등 ) 에서 사용되고 있는 이의 크기 를 나타내는 단위입니다. 직경피치 P 는 (3.1) 식에서 모 듈 m 으로 환산할 수 있습니다 m = (3.1) P 표 3.3 에는 모듈 (m), 원피치 (CP) 및 직경피치 (DP) 의 비교표를 나타냅니다. 표 3.3 피치 비교표 모듈 m 원피치 CP 직경피치 DP 인벌류트 곡선 인벌류트 곡선은 그림 3.3 같이 기초원에 감긴 실을 풀 때 실의 끝이 그리는 곡선입니다. 마찬가지로 기초원에 접 여 미끄러지지 않고 구르는 직선상의 1 점이 그리는 곡선 도 인벌류트 곡선입니다. 그림 3.3 의 invα 는 인벌류트각 ( 인벌류트 α) 이라고 합 니다. 단위는 라디언 (rad) 입니다. θ는 인벌류트 구름각 이라고 합니다. inv α = tan α α ( rad ) (3.2) 인벌류트 곡선의 좌표 ( x, y ) 는 식 (3.3) 으로 계산할 수 있습니다. 좌표계산의 예를 표 3.4 에 나타냅니다. r α = cos 1 b r x = r cos ( inv α ) y = r sin ( inv α ) 그림 3.3 인벌류트 곡선 표 3.4 인벌류트 곡선의 좌표계산 예 O y r r b (3.3) 기어제원 설정치 기어제원 설정치 모듈 5 기준원 직경 15. 압력각 2 기초원 직경 잇수 3 이끝원 직경 16. r (반지름) α(압력각) x 좌표 y 좌표 α c θ inv α a b α x 좌표계산의 순서는 다음 같습니다. 1 반지름 ( r ) 을 결정 2 식 (3.3) 에서 압력각 α, x / y 좌표를 계산 56

11 3.3 인벌류트 기어의 물림 그림 3.4 에 한 쌍의 표준 평기어의 물림을 나타냈습니다. 그림 같이 인벌류트 기어의 접촉점은 기초원의 공통접 선 ( 작용선 ) 위를 이동해 갑니다. 이것으로 한 쌍의 기어가 맞물리는 조건으로서 기초원 피 치 p b 가 같아야 한다는 점이 필요합니다. p b = πm cos α (3.4) 이 (3.4) 식으로부터 한 쌍의 기어에서 모듈 m 뿐 아니라 압력각 α 도 같지 않으면 기어는 올바르게 맞물리지 않는다 는 점을 알 수 있습니다. 그림 3.4 에서 작용선상의 길이 ab 를 물림길이라고 합니 다. 이 물림길이 ab 를 기초원 피치 p b 로 나눈 값을 정면 물 림률이라고 합니다. 물림길이 ab 정면 물림률 ε α = (3.5) 기초원 피치 p b 기어가 올바르게 회전을 전달려면 이 물림률은 1 보다 커야 합니다. 이런 인벌류트 기어의 물림에서는 모듈 m 압력각 α 가 대단히 중요한 요소입니다. d b1 d 1 O 1 O 1 O 1 a α b 물림길이 α d b2 d 2 O 2 O 2 O 2 그림 3.4 인벌류트 기어의 물림 3.4 인벌류트 치형의 창성 랙형 공구 인벌류트 치형은 랙형 공구에 의해 쉽게 창성할 수 있습 니다. 이 원리를 응용한 대표적인 치절삭 기구로서는 호브 반이나 기어 플레이너 등이 있습니다. 이들 기구에 의해 인 벌류트 치형이 창성되는 모양을 그림 3.5 에 나타냈습니다. 표준 평기어에서는 기어의 기준원지름 랙형 공구의 기준 피치선이 미끄러지지 않고 맞닿아 돌며 그림 3.5 와 같은 인 벌류트 치형이 창성되는 것입니다. 인벌류트 기어를 창성 절삭는 기계로는 상기 외에 피니 언 커터를 사용는 기어 세이퍼가 있습니다. 기어 세이퍼 는 외접기어뿐 아니라 인터널기어도 가공할 수 있습니다. sin 2 α d 2 I d b d α O 그림 3.5 표준 평기어의 창성 ( α = 2, z = 1, x = ) 57

12 기어 기술자료 이것으로 언더컷 한계잇수 z 는 2 (1 x) z = sin2α 3.5 언더컷 그림 3.5 와 같이 적은 잇수의 표준 평기어를 치절삭할 때 커터를 간섭점 I 보다도 깊게 절입면 언더컷 (undercut) 이 발생합니다. 언더컷이란 공구의 날끝 직선부 hc 에서 기어의 이뿌리에 있어서의 치형곡선 일부분이 잘려지는 현 상을 말합니다. 표준 평기어에서 날끝 직선부의 깊이를 m 이라 면 언더 컷이 발생지 않는 조건은, mz 2 m sin α 이 조건에서 표준 평기어의 언더컷 한계잇수 z 는 식 (3.7) 으로 구할 수 있습니다. 2 z = 3.7 sin2α 마찬가지로 언더컷 한계 전위계수 x 는 z x = 1 sin2 α 2 랙형 공구 xm sin2 α d 기어의 전위 db ( α = 2, z = 1, x = +.5 ) xm 랙형 공구 db 기호 단위 1 모듈 m mm 2 2 압력각 α 3 잇수 z 도 2 4 전위계수 x 5 기준원 지름 d 6 기초원 지름 db 7 이끝원 지름 8 이끝원 압력각 mm da αa 도 설정치 계산 예 zm 32 dcosα d + 2m (1+ x) 37.2 d cos1 b da invα tanα α.1494 invαa tanαa αa 봉우리 너비 라디언 ψa sa mm O 16 9 인벌류트 α 이끝원 이두께의 반각 d α.3 1 인벌류트 αa 11 O 그림 3.6 양전위 평기어의 창성 표 3.5 평기어의 이끝 너비의 계산 계산식 α d 그림 3.5 와 같이 기준 압력각 α = 2, 잇수 z = 1 인 표 준기어에서는 언더컷이 발생합니다. 이 언더컷을 방지는 방법으로 기어의 전위가 있습니다. 기어의 전위에는 양 ( 플 러스 ) 전위와 음 ( 마이너스 ) 전위가 있습니다만, 그림 3.5 의 기어에서 언더컷을 방지기 위여 양전위한 예를 그림 3.6 에 나타냅니다. 그림 3.6 의 양전위와는 반대로 음전위 한 예를 그림 3.7 에 나타냈습니다만, 음전위를 함으로써 언 더컷은 더욱 커집니다. 그림 3.6 그림 3.7 의 전위기어에 서 공구의 이동량 xm 을 전위량이라고 며, x 는 전위계수 입니다. 전위 평기어에서 언더컷이 발생지 않는 조건은, zm m xm sin2 α 항목 3.1 이와 같이 언더컷을 막기 위한 것 외에 중심거리를 조절 기 위해서도 기어의 전위를 자주 사용합니다. 기어를 양전위했을 때에 주의해야 는 문제로 이끝 폭의 문제가 있습니다. 적은 잇수의 기어에서 양전위가 너무 크 면 이끝이 뾰족해지는 현상이 일어납니다. 평기어에서 이끝의 폭 ( 봉우리 너비 ) 을 계산는 방법 을 표 3.5 에 나타냅니다. 기준압력각 α = 2 일때의 언더컷 한계잇수 z 는 17 입니 다. 16 이의 잇수라도 강도와 물림율에 문제가 없다면 사 용상 지장이 없습니다. 번 호 π 2x tan α + + (inv α inv αa ) z z ψa da 그림 3.7 음전위 평기어의 창성 ( α = 2, z = 1, x =.5 ) sa αa ψa 그림 3.8 봉우리부 너비

13 3.7 치형 수정 잇줄 수정 기어에는 독특한 용어가 많이 있습니다만 기어가공에도 독 특한 방법이 있습니다. 그 중에서도 대표적인 것을 소개합니 다. (1) 치형 수정 치형 수정이란 이끝 수정 이뿌리 수정의 총칭입니다. 이들 중에서 이끝 수정이 널리 사용되고 있습니다. 이끝 수정이란 이끝 부근의 치형을 제거여 의도적으로 올바르지 않은 인벌류트 치형으로 는 것입니다. 이에 따라 이에 힘이 가해져 이가 휘어도 상대 이에 간섭 되는 것을 피할 수 있으므로 소음 저, 수명 연장 등에 효가 있습니다. 그러나 필요 이상의 도한 치형 수 정은 치형 오차가 커진다는 것 같으므로 물림에 악영 향을 줍니다. (2) 크라우닝 엔드 릴리프 ( 릴리핑 ) 그림 3.9 치형수정 크라우닝 엔드 릴리프는 모두 잇줄방향의 수정입니다. 특히 크라우닝에서는 이접촉을 치폭 중앙부에 집중시키는 것이 목적이므로 잇줄 방향으로 적당히 부풀도록 가공합니 다. 이 때 필요 이상으로 도한 크라우닝을 면 이접촉 면 적이 너무 작아지므로 강도에 악영향을 끼칩니다. 엔드 릴 리프는 치폭 양단부를 적당히 잘라 내는 방법입니다. 엔드 릴리프는 치폭 양단부를 적당히 잘라 내는 방법입니다. (3) 토핑 세미토핑 호브 ( 치절삭 공구 ) 로 기어의 치형을 창성는 방법은 3.4 인벌류트 치형의 창성으로 설명했습니다만, 이 치절삭 공구로 치형을 창성함 동시에 기어의 외경가공이나 이끝 을 면취가공는 것을 토핑이나 세미토핑이라고 합니다. 그림 3.5, 3.6, 3.7 은 랙형 공구에 의한 치형의 창성가공 바깥지름 가공 ( 토핑 ) 을 나타내고 있습니다. 이 토핑 을 실시함에 따라 외경의 흔들림을 작게 거나 이끝의 버 (burr) 발생을 방지는데 도움이 됩니다. 그림 3.11 에는 세미토핑 공구의 날형태와 그 공구에 의 해 치절삭된 기어의 치형을 나타냅니다. 이 세미토핑을 실 시함으로써 이끝에 발생기 쉬운 타흔을 방지거나 버 (burr) 의 발생을 방지는데 도움이 됩니다. 세미토핑 날형태 세미토핑 치형 그림 3.11 세미토핑 날형태와 치형 세미토핑을 함으로써 물림에 유효한 이끝의 높이는 감소 고 물림률도 감소므로 너무 큰 세미토핑은 바람직지 않습 니다. 그림 3.12 에는 표준적인 세미토핑의 크기와 형태를 나타냅 니다. 이 토핑 세미토핑은 개별적으로 실시는 경우와 함께 는 경우가 있습니다..1m 크라우닝 엔드 릴리프 그림 3.12 세미토핑의 크기와 형태 그림 3.1 크라우닝 엔드 릴리프 59

14 4 기어의 백래시 j t 원주방향 백래시 1 쌍의 기어가 부드럽게 무리없이 회전려면 백래시가 필 요합니다. 백래시란 1 쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이 의 틈새를 말며 아래와 같이 분류됩니다. 4.1 각종 백래시의 설명 물림측 치면 반대 물림측 치면 (1) 원주방향 백래시 ( j t ) 상대기어를 고정고 한쪽의 기어를 물림치면에서 반대 물림치면에 접촉할 때까지 회전할 수 있는 피치원상의 호의 길이. (2) 법선방향 백래시 ( j n ) 한 쌍의 기어간에 물림치면을 접촉시키고 있을 때 반대 물 림치면 사이의 최단거리. 치직각 방향의 백래시. (3) 각도 백래시 ( j θ ) 상대기어가 일정한 위치에서 고정되었을 때 한쪽의 기어 가 움직일 수 있는 각도의 최대값. (4) 반지름 방향 틈새 ( j r ) 물림측 치면 반대 물림측 치면이 접촉도록 였을 때 정해진 중심거리로부터의 감소량 ( 이동량 ). (5) 축방향 틈새 ( j x ) 베벨기어의 물림측 치면 반대 물림측 치면이 접촉도 록 였을 때 정해진 조립거리로부터의 감소량(이동량). jn 법선방향 백래시 jr 반지름 방향의 틈새 그림 4.1 원주방향 / 법선방향 백래시 및 반지름 방향의 틈새 조립거리 j x 축방향 틈새 4.2 각종 기어의 백래시 환산식 각종 기어의 백래시 및 틈새의 환산식을 표 4.1 에 나타냅 니다. 원추형 기어인 베벨기어의 경우에는 반지름 방향의 틈새 대신 축방향 틈새를 검토합니다. 그림 4.2 베벨기어의 축방향 틈새 표 4.1 백래시 및 틈새 환산식 기어쌍 기어의 종류 원주방향 백래시 j t 법선방향 백래시 j n 각도 백래시 j θ 반지름 방향 틈새 j r 축방향 틈새 j x 평 행 축 평기어 j n 헬리컬 기어 cos α n cos β j t cos α n cos β j n 2sin α n 교 차 축 직선 베벨기어 j n j j cos α n cos β t cos α n cos β n m 스파이럴 베벨기어 m 2sin α n sin δ 나사기어 j n 36º j t j cos α n cos β t cos α n cos β d 어긋난 축 웜 j n j n j cos α n sin γ t cos α n sin γ 2sin α n 웜휠 j n cos α n cos γ j t cos α n cos γ 51

15 (1) 평행축 기어쌍의 백래시 환산 예 평기어 및 헬리컬 기어 쌍의 백래시와 중심거리의 환산 예 를 표 4.2 에 나타냅니다. 중심거리 ( 반지름 방향의 틈새 ) 를 증감함으로써 백래시를 조절할 수 있습니다. (3) 어긋난축 기어쌍의 백래시 환산 예 웜기어 쌍의 백래시와 조립거리의 환산 예를 표 4.4 에 나 타냅니다. 웜 기어의 특징으로서 구동기어와 피동기어 ( 웜 웜휠 ) 의 원주방향 백래시가 다릅니다. 표 4.2 평기어 및 헬리컬 기어 쌍 사양 기호 계산식 평기어 1 정면 모듈 m t 헬리컬 기어 ( 축직각 ) 치직각 압력각 α n 정면 압력각 α t 잇수 z 설 정 치 비틀림각 β 21 3' 7 법선방향 j 백래시 n 기준원 지름 d zm t 원주방향 j j n 백래시 t cos α n cos β 36º j 9 각도 백래시( ) j t θ d 1 반지름 방향의 틈새 (2) 교차축 기어쌍의 백래시 환산 예 j r j n 2sin α n 베벨기어 쌍의 백래시와 조립거리의 환산 예를 표 4.3 에 나타냅니다. 베벨기어에서 백래시의 조정은 심 (shim) 에 의해 조립거 리 ( 축방향의 틈새 ) 를 조정는 방법이 일반적입니다. 조 립거리를 조정할 때는 대 / 소 기어를 균형있게 조정여 이 접촉을 정상으로 유지할 필요가 있습니다. 표 4.3 베벨기어 쌍 사양 기호 계산식 1 축각 Σ 직선 베벨기어 스파이럴 베벨기어 소기어 대기어 소기어 대기어 모듈 m 치직각 압력각 α n 잇수 z 설 정 치 중앙 비틀림각 βm 35 6 법선방향 j 백래시 n 기준원 지름 d zm 피치각 δ 1 δ 2 tan 1 z 1 z 2 Σ δ ' 63 26' 9 원주방향 백래시 j t j n cos α n cos βm 1 각도 백래시( ) j θ 36º j t d 11 축방향 틈새 j x j n 2sin α n sin δ 표 4.4 웜기어 쌍 사양 기호 계산식 1 축각 Σ 웜 웜기어 2 축방향 / 정면 모듈 m x m t 2 9 웜휠 3 치직각 압력각 α n 2 설 정 치 4 잇수 z 기준원 지름 ( 웜 ) d 법선방향 백래시 j n.15 7 기준원 지름 ( 웜휠 ) d 2 z 2 m t 4 8 리드각 γ tan 1 m x z 1 d1 3 41' j n j t cos α n sin γ 9 원주방향 백래시 j n j t2.16 cos α n cos γ 1 각도 백래시( ) j θ 36º j t d 반지름 방향의 틈새 j r j n 2sin α n.219 나사기어 쌍의 백래시 환산 예를 표 4.5 에 나타냅니다. 표 4.5 나사기어 쌍 사양 기호 계산식 1 축각 Σ 나사기어 소기어 2 치직각 모듈 m n 2 9 대기어 3 치직각 압력각 α n 2 설 정 치 4 잇수 z 비틀림각 β 법선방향 백래시 j n.15 zm n 6 기준원 지름 d cos β 8 원주방향 백래시 j t j n cos α n cos β 9 각도 백래시( ) j θ 36º j t d 반지름 방향의 틈새 j r j n 2sin α n

16 4.3 이두께와 백래시 4.4 기어열 백래시 기어에 백래시를 두려면 기어의 이두께를 작게 는 방법 중심거리를 크게 는 방법이 있습니다. 현재는 전자 쪽 이 널리 보급되어 있으므로 여기서는 이두께를 작게 는 방법을 소개합니다. 이두께에서 계산한 것은 기어의 기준이 되는 이두께였습 니다. 1 쌍의 기어에 있어서 소기어의 이두께를 기준 이두 께 s 1 보다도 Δs 1 만만큼만 작게 가공고, 대기어의 이두께 를 기준 이두께 s 2 보다도 Δs 2 만큼만 작게 가공한 경우, 원 주방향 백래시는 Δs 1 + Δs 2 가 됩니다. 여기서 이두께 감소 량 Δs 1 Δs 2 각각.1, 기준 압력각 α=2 로 면 원주방 향 백래 j t 는 j t = Δs 1 + Δs 2 = =.2 이것을 법선방향 백래시 j n 로 환산면 j n = j t cos α =.2 cos 2 =.1879 반지름 방향의 틈새 j r 로 환산면 j t j r = 2 tan α.2 = = tan 2 이와 같이 기어의 이두께를 감소시켜 백래시를 둘 때에는 JIS 의 백래시 규격을 참고합니다. JIS 의 백래시 규격으로는 JIS B ( 폐지규격 ) 평 기어 및 헬리컬 기어의 백래시와 JIS B 베벨기어 백래시가 있습니다. 이러한 규격은 정면에서의 원주방향 백래시 jt 의 크기를 규정고 있습니다. 이것들은 표준적인 백래시 크기를 규정고 있으므로 사용목적에 따라서는 규 격 외의 백래시를 채용는 경우도 있습니다. 도면상에 기어의 이두께를 기입할 때에는 이두께 외에 이 두께의 치수 허용공차 및 백래시의 크기도 기입할 필요가 있습니다. 기입 예로는 이두께 백래시.1 ~.2 이두께의 치수 허용공차는 백래시를 결정는 것이므로 매우 중요합니다 단 기어기구에서의 백래시는 4.2 각종 기어의 백래시 계 산식으로 나타냈습니다. 여기서는 2 단 기어기구의 백래시 에 대여 그 산출방법을 소개합니다. 그림 4.3 의 2 단 기어기구에서 1 번째 단의 원주방향 백래 시를 j t1, 2 번째 단의 원주방향 백래시를 j t4 라고 합니다. 기어 4 기어 3 기어 2 기어 1 (z 4,d 4 ) (z 3,d 3 ) (z 2,d 2 ) (z 1,d 1 ) 그림 단 기어기구의 백래시 여기서 1 번째 단의 소기어 1 을 고정했을 때, 2 번째 단의 대기어 4 의 전체 원주방향 백래시 j tt4 는 d 3 d 2 j tt4 = j t1 + j t4 (4.1) 이것을 각도 백래시로 환산면 36 j θ = j tt4 πd (도) (4.2) 4 다음으로 2 번째 단의 대기어 4 를 고정했을 때, 1 번째 단의 소기어 1 의 전체 원주방향 백래시 j tt1 는 d 2 d 3 j tt1 = j t4 + j t1 (4.3) 이것을 각도 백래시로 환산면 36 j θ = j tt1 πd (도) (4.4) 1 512

17 4.5 백래시를 작게 는 방법 ( 제로 백래시 기어 ) 작은 백래시 또는 백래시 제로 () 는 대단히 높은 위치결 정 정밀도가 필요한 기어장치 등에 요구되는 성능입니다. 최근에는 이러한 요구가 이전보다 증가고 있습니다. 각 종 기어에서 작은 백래시, 나아가서는 제로 백래시를 실현 는 방법을 소개합니다. 그림 개로 분할한 기어 ( 고정식 ) (1) 이두께 감소량이 작은 기어 ( 일반적인 방법 ) 일반적인 기어보다 이두께 감소량이 작은 기어를 만들어 규정된 중심거리 또는 조립거리로 조합여 사용면 백래 시는 비교적 작게 할 수 있습니다. 이 방법은 백래시를 제로 () 로는 할 수 없지만 모든 종류 의 기어에 적용 가능한 가장 간단한 방법입니다. 이홈의 흔 들림이 작은 기어를 사용면 백래시의 변동은 작게 할 수 있습니다. 백래시가 제로로 되어 버리면 부드럽게 회전을 전달할 수 없을 가능성이 있으므로 주의가 필요합니다. (2) 백래시를 작게 조정할 수 있는 기어 백래시를 작게 조정할 수 있는 기어 또는 구조를 이용는 방법입니다. 백래시 제로는 아닙니다. (a) 중심거리 조정방식 평기어, 헬리컬 기어, 나사기어 및 웜기어 등에 적용 할 수 있습니다. 기어의 중심거리를 작게 함으로써 반지름 방향의 틈 새를 조정여 백래시를 작게 합니다. 중심거리를 조정할 수 있는 구조가 복잡합니다. (b) 조립거리 조정방식 베벨기어의 조립거리를 작게 함으로써 축방향의 틈새 를 조정여 백래시를 작게 합니다. 베벨기어의 경우, 한쪽 기어의 조립거리만 크게 조정 면 이접촉에 나쁜 영향이 발생합니다. 양쪽 기어의 조립거리를 균형 있게 조정는 것이 기본 입니다. 조립거리 조정은 심 (shim) 에 의한 방법이 일반적입 니다. (c) 기어를 2 개로 분할는 방법 거의 모든 기어에 적용 가능한 방법입니다. 기어를 2 개로 분할여 상호 이의 위상관계를 조정한 후 고정여 백래시를 작게 합니다. 원리를 그림 4.4 에 나 타냅니다. 헬리컬 기어나 웜기어의 경우에는 한 쪽의 기어 1을 축 방향으로 이동고 상호 이의 위상을 조정는 방법도 있 습니다. 원리를 그림 4.5 에 나타냅니다. (d) 테이퍼 기어 ( 평기어 및 테이퍼 랙 ) 테이퍼 기어는 별칭으로 코니컬 기어 (conical gear) 라고 도 부릅니다. 테이퍼 기어는 이를 연속적으로 전위여 원추형상으로 한 기어이므로 연속적으로 치형 / 이두께가 변화합니다. 테이퍼 평기어의 치형을 그림 4.6 에 나타냅니다. 테이퍼 기어를 축방향으로 이동시키면 맞물리는 이의 이 두께가 바뀌므로 백래시를 조정할 수 있습니다. 테이퍼 기 어를 축방향으로 이동시키려면 심 (shim) 조정에 의한 방법 이 단순고 확실합니다. 테이퍼 기어는 베벨기어와는 달 리 축방향으로 이동여도 이접촉이 바뀌지 않는 장점이 있 습니다. 그림 4.5 헬리컬 기어의 백래시 조정 전위 전위 제로 + 전위 그림 4.6 테이퍼 평기어의 치형 513

18 (e) 복수 리드 웜기어 좌우 치면의 모듈 크기를 바꾼 기어입니다. 웜 좌우 치면의 피치가 다르므로 이두께는 연속적으로 변화합니다. 웜을 축방향으로 이동함으로써 물림부의 이두께가 바뀌 므로 백래시를 조정할 수 있습니다. 축방향으로의 조정은 여러가지 방법을 생각할 수 있지 만 다른 기어와 마찬가지로 심 (shim) 에 의한 방법이 단 순고 확실합니다. 치면의 유막이 끊어지지 않도록 어느 정밀도의 백래시 를 확보할 필요가 있습니다. 제로 백래시는 바람직지 않습니다. 복수 리드 웜의 원리를 그림 4.7 에 나타냅니다. ( 자세 한 설명이 P418 에도 있습니다. 참조 바랍니다.) P R P R P R P R 좌치면 우치면 P L P L P L P L 그림 4.7 복수 리드 웜기어의 원리 (3) 백래시를 제로 () 로 할 수 있는 기어 외력에 의해 강제적으로 백래시를 제거는 구조의 기어 입니다. 기어는 양 치면 물림이 되므로 유막이 끊어지지 않도록 윤 활에 주의가 필요합니다. 이 방법은 웜기어 또는 나사기어와 같이 동력전달시 치면 의 미끄럼이 큰 기어에는 적합지 않습니다. 미끄럼이 큰 치면에서 유막이 끊어졌을 경우에는 급격한 치면마찰의 위험이 있습니다. 원주방향의 백래시를 제로로 는 시저스 기어 2 분할한 기어에서 스프링의 힘 등으로 상대기어의 이 를 강게 잡아당겨 백래시를 제거는 방법입니다. 그림 4.8 에 구조 예를 보여줍니다. 그림 4.8 시저스 기어 ( 코일 스프링 사용 예 ) 514

19 5 기어의 정밀도 기어는 동력 회전을 전달는 기계요소입니다. 이 기어에 요구되는 성능으로는 1 보다 큰 동력을 2 가능한 한 작은 기어로 3 조용히 4 정확게 전달는 것입니다. 이러한 요구를 만족시키려면 기어의 정밀도를 높일 필요 가 있습니다. 이 장에서는 이 기어의 정밀도 에 대여 설명합니다. 5.1 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도에 관해서는 아래의 규 격에 규정되어 있으므로 여기서는 이 규격에 따라 설명합 니다. JIS B 1721:1988 원통기어 정밀도 등급 제 1 부 : 기어 의 치면에 관한 오차의 정의 및 허용치 이 규격에서는 등급이 가장 정밀도가 높고, 12 등급이 가 장 정밀도가 낮은 13 정밀도 등급으로 됩니다. JIS B 1722:1998 원통기어 정밀도 등급 제 2 부 : 양 치 면 물림오차, 이홈 흔들림의 정의 및 정밀도 허용치 최고 정밀도 4 급, 최저 정밀도 12 급의 9 등급으로 구성됩니다. 이 새로운 정밀도 규격은 기존의 ~8 급까지 9 정밀도 등 급으로 분류되어 있던 JIS B 는 많은 점에서 다 릅니다. 신 구 규격간의 등급에 있어서의 혼란을 피기 위여 1998 년도판 신규격 정밀도 등급에서는 등급숫자 앞에 N 을 붙여 N 급으로 명칭을 표시합니다. (2) 누적피치오차(F p ) 누적피치오차란 기어 전체치면영역에서의 최대 누적피치 오차이며 누적피치오차 곡선의 전체 진폭으로 표현됩니다. 오 차 μ m 최대단일 이론 실제 k p t 3 매인 경우 그림 5.2 피치오차 최대누적 + F pk 인디게이터의 읽음값 단일피치오차 누적피치오차 ( 1 ) 단 일 피 치 오 차 ( f pt) 단일피치오차란 서로 이웃한 같은 쪽 치면의 피치원 상에 서의 실제피치와 이론피치와의 차입니다 이 번호 그림 5.3 피치오차의 예 p t + f pt (3) 전체치형오차(F α) 전체치형오차란 정해진 치형검사 범위에서 실제치형을 자 르는 설계치형 선도간의 거리입니다. 이끝 이뿌리 A E F 이론 실제 Fα L α L α : 치형검사 범위 L AE : 물림길이 L AF : 유용길이 그림 5.1 단일피치오차 f pt L AE L AF 설계치형 실제치형 그림 5.4 전체 치형오차 F α 515

20 (4) 전체 잇줄오차(F β) 전체잇줄오차란 정해진 잇줄 검사범위에서 실제잇줄을 자르는 상 2 개의 설계잇줄간의 거리입니다. 이 전체잇줄오차는 이접촉에 영향을 끼칩니다. 이 오차 가 크면 치폭 양단부에 이접촉이 집중되는 좋지 않은 이접 촉이 됩니다. 이러한 이접촉을 피기 위해서는 크라우닝 이나 엔드 릴리프 등 잇줄 방향의 치형수정을 실시합니다. 그림 5.6 에는 자이스 (ZEISS) UMC55 으로 치형오차 및 잇줄오차를 측정한 예를 나타냅니다. (5) 양 치면 전체물림오차(F i '') 양 치면 전체물림오차란 피측정기어의 양 치면을 동시에 마스터기어의 양 치면에 접촉시킨 상태에서 피측정기어를 완전히 1 회전시켰을 때, 중심거리의 와 의 차입니다. f i '' : 양치면 1 피치 물림오차 Fi'' fi'' 의 + L β b : 잇줄검사 범위 : 치폭 36 /z Fβ 36 그림 5.7 양 치면 물림오차 선도 L β b 설계잇줄 실제잇줄 그림 5.5 전체 잇줄오차 F β (6) 이홈의 흔들림(F r) 이홈의 흔들림 값은 기어의 전체 이홈에 측정자 ( 구슬, 핀 등 ) 를 순차적으로 삽입여, 측정자 반지름 방향 위치 의 와 와의 차입니다. 이 이홈의 흔들림은 기어의 소음 등에 나쁜 영향을 주는 것으로, 기어를 가공 또는 연삭할 때 취부지그의 흔들림 에 크게 영향을 받습니다. 최근에는 기계의 정밀도가 향 상되고 있으므로 이홈의 흔들림을 작게 려면 좋은 취부 지그를 사용여 기어를 가공 또는 연삭해야 합니다. 그 림 5.8 에 이홈의 흔들림 선도를 나타냅니다. 이홈의 흔들 림 중에는 편심이 포함되어 있습니다. 편심량 Fr 그림 5.6 치형오차 및 잇줄방향 오차의 측정 예 이홈 번호 그림 5.8 잇수 16 의 이홈의 흔들림 각 오차의 허용치 규격을 발췌여 P528~P533 에 게 재고 있습니다. 516

21 5.2 베벨기어의 정밀도 베벨기어의 정밀도에 관해서는 JIS B 174:1978 에 규 정되어 있으므로 여기서는 이 규정에 따라 설명합니다. 이 규격에서는 베벨기어의 정밀도를 ~8 급까지의 9 등급 으로 분류고 있습니다. 기어의 허용오차에 관해서는 다음 4 항목을 규정고 있습 니다. (1) 단일피치오차 (2) 인접피치오차 (3) 누적피치오차 (4) 이홈의 흔들림 이러한 허용오차 용어의 의미는 평기어 또는 헬리컬 기어 정밀도의 의미와 거의 같습니다. 여기서, W:공차단위 단일피치오차(μm) 15 をこ 7 이 17 초 1 이 1 초 15 이 15 을 초한 것 W = 3 d +.65m(μm) d:기준원 지름(mm) 인접피치오차의 허용치는 단일피치오차 허용치의 k 배 로 규정되어 있습니다. 표 5.2 에 k 의 값을 나타냅니다. k 의 값은 단일피치 오 차 허용치의 크기에 따라 달라집니다. 표 5.2 k 의 값 인접피치오차 k 단일피치오차 인접한 이의 평균 원추거리에 있어서 피치원상의 실제 피치에서 그 올바른 피치를 뺀 값 2 인접피치오차 평균원추거리에 있어서 피치원상에 인접한 2 개의 피치 차이의 절대치 3 누적피치오차 평균원추거리에 있어서 피치원상에 임의의 2 개의 이 사 이의 실제피치 합에서 그 올바른 값을 뺀 값 4 이홈의 흔들림 구슬 등의 접촉편을 평균원추거리에서 이홈의 양측치면 에 피치원 부근에서 접촉시켰을 때의 피치원추에 직각인 방향에서의 위치 최대차 표 5.1 에는 단일, 누적피치오차, 이홈의 흔들림 허용치의 계산식을 나타냅니다. 이러한 기어의 허용오차 외에 베벨기어 소재의 치수 및 각 도의 허용차, 흔들림 허용치 등도 다음의 8 항목에 대여 규정고 있습니다만, 여기에서는 상세한 설명은 생략합니 다. 1 기어소재 외경 및 외단 이끝원에서 기초배면까지의 거리 허용차 2 기어소재의 이끝 원추각 허용차 3 기어소재 원추면의 흔들림 허용치 4 기어소재 측면의 흔들림 허용치 5 기어소재 배면의 휨을 검사는 간극게이지 치수 6 기어소재 축 흔들림 허용치 7 기어소재 내경 합부의 허용치 8 이접촉 이 중에서 특히 중요한 것은 8의 이접촉입니다. 다른 기어정밀도가 좋아도 이접촉이 나쁜 베벨기어는 그 성능을 충분히 발휘할 수 없습니다. 각 오차의 허용치를 발췌여 P534~535 에 게재고 있 습니다. 표 5.1 단일, 누적피치오차, 이홈의 흔들림 허용치의 계산식 (μm) 등급 JIS JIS 1 JIS 2 JIS 3 JIS 4 JIS 5 JIS 6 JIS 7 JIS 8 단일피치오차.4W W W W W W W 누적피치오차 1.6W W W W W 이홈의 흔들림 2.36 d 3.6 d 5.3 d 8. d 12. d 18. d 27. d 6. d 13. d 517

22 6 기어의 조립 정밀도 기어의 정밀도가 좋아도 기어의 조립에 문제가 있으면 기어의 이접촉, 소음, 마모, 손상 등의 문제가 발생할 위 험이 있습니다. 6.1 중심거리 정밀도 중심거리 오차는 기어쌍의 백래시에 영향을 끼칩니다. 중 심거리가 커지면 백래시는 커지고, 물림이 얕아지고 물림 이 높이가 작아져 물림률이 저됩니다. 중심거리가 작아지면 백래시가 작아집니다. 백래시가 너무 작아지면 기어가 회전 되지 않을 가능성이 있습니다. 표 8.1 에는 JGMA 1111(2) 에서 발췌한 평기어 및 헬리컬 기어의 중심거리 허용차를 나타냅니다. 이 표의 허용차는 철강제 인벌류트 평기어 및 헬리컬 기어 에 적용합니다. 표 6.1 기어의 중심거리 허용차 ± f a 중심거리(mm) 6.2 축의 평행도 기어의 정밀도등급 단위 μm 초 이 N3,N4 N5,N6 N7,N8 N9,N 평행한 2 축의 정밀도는 평행오차와 어긋남 오차로 구 성됩니다. 이러한 오차는 주로 기어 잇줄방향의 이접촉 에 영향을 주며, 치폭 양단에서의 좋지 않은 이접촉을 발생시킬 위험가 있습니다. 오차가 커지면 백래시가 작 아지거나 소음, 이의 손상 등이 발생할 수도 있습니다. 표 6.2/6.3 에는 JGMA 1121(2) 에서 발췌한 평기어 및 헬리컬 기어 축의 평행오차 및 어긋남 오차의 허용치를 나타냅니다. V 축심 b A S H 축심 a 측정구간 L D O B C fy 축의 어긋남 오차 fx 허용영역 축의 평행오차 그림 6.1 축의 평행오차와 어긋남 오차 518

23 표 6.2 치폭에 대한 축의 평행오차 허용치 f x ' 기준원 지름 d(mm) 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56 기준원 지름 d(mm) 125 < d 28 치폭 b(mm) 4 b 1 1 < b 2 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 8 < b 16 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 표 6.3 치폭에 대한 축의 어긋남오차 허용치 f y ' 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d 56 치폭 b(mm) 4 b 1 1 < b 2 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 8 < b 16 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 정밀도 등급 단위 μm N5 N6 N7 N8 N9 N 정밀도 등급 단위 μm N5 N6 N7 N8 N9 N

24 6.3 기어의 이접촉 기어의 이접촉은 기어의 정밀도와 함께 기어의 소음이나 효율에 큰 영향을 주는 요소의 나입니다. 이접촉을 좋게 려면 잇줄 수정 크라우닝이나 엔드 릴리프를 합니다. 기어정밀도의 향상 기어 연삭이나 랩핑을 합니다. 기어박스의 정밀도향상 평행도, 직각도 등을 정밀도 높게 가공합니다 베벨기어의 이접촉 베벨기어의 제작에 있어서 이접촉 시험기에 의한 이접촉 백래시의 검사는 반드시 필요합니다. 이 검사에 의해 기어 의 종합적인 성능을 볼 수 있습니다. 이 이접촉 시험기에 의한 검사에 있어서는 기어에 가벼운 브레이크 부를 건 상태로 이접촉을 실시합니다. 이때의 이상적인 이접촉은 그림 6.2 와 같이 치폭중앙 소단 부근입 니다. 베벨기어에서는 부가 커짐에 따라 이 이접촉은 치 폭 중앙으로 이동해 갑니다. 베벨기어 사용시 전체부가 걸렸을 때 이접촉이 치폭 중앙으로 오는 것이 이상적입니다. 이러한 것들은 모두 기어 또는 기어박스의 가공 방법, 가 공 정밀도에 관한 것입니다. 이런 노력에도 불구고 최종 조립시의 이접촉 검사에서 이접촉이 문제가 되는 경우가 있습니다. 이 경우에 베벨기 어나 웜기어에서는 기어를 축방향으로 움직임에따라 어느 정도 이접촉을 개선할 수 있습니다. 기어의 이접촉은 기어 정밀도의 일부분이며 특히 베벨기 어나 웜기어에 있어서는 평기어 및 헬리컬 기어에 비해 기 어 정밀도의 측정이 곤란므로, 최종적인 기어정밀도의 확인방법으로서 이 이접촉 검사는 매우 중요합니다. 이 기어의 이접촉에 관해서는 JGMA121(23) 에 규정되어 있습니다. 이 규격에 있어서는 기어의 이접촉을 A, B, C 의 3 가지로 구분고 있습니다. 6.4 이접촉 비율 구분 A B C 기어의 종류 원통기어 베벨기어 웜 기 어 원통기어 베벨기어 웜 기 어 원통기어 베벨기어 웜 기 어 이접촉 비율 잇줄 방향 이높이 방향 7%이상 4%이상 5%이상 5%이상 35%이상 35%이상 25%이상 2%이상 3%이상 2%이상 1 6 외단 내단 그림 6.2 중앙 소단접촉 이와 같이 이상적인 중앙 소단접촉으로 베벨기어를 제작 해도 기어박스의 가공정밀도가 나쁘거나 기어의 조립이 잘 못 되면 그 이접촉도 나빠지게 됩니다. 이 베벨기어의 이접촉에 영향을 주는 것에는 다음의 3 가 지 오차를 생각할 수 있습니다. 1 기어박스의 오프셋 오차 2 기어박스의 축각도 오차 3 기어의 조립거리 오차 이 중에서 1 2는 기어박스를 재가공지 않으면 좋은 이접촉을 얻을 수 없습니다만 3에 대해서는 기어 ( 소기어 ) 를 축방향으로 이동여 조정함으로써 올바른 이접촉을 얻 을 수 있습니다. 이 3 가지 오차는 정도의 차이는 있지만 모두 백래시의 크 기에 영향을 줍니다. 여기서 이접촉 비율이란 각각의 유효 잇줄길이 및 물림 이 높이에 대한 것입니다. 52

25 (1) 기어박스의 오프셋 오차 그림 6.3 같이 기어박스에 오프셋 오차가 있으면 이접 촉은 크로스 접촉이 됩니다. 이것은 기어박스의 오프셋 오차가 마치 기어에 잇줄방향 오차 ( 비틀림 오차 ) 가 있는 것처럼 영향을 주기 때문입 니다. 이 조립거리 오차는 조립시 심 조절 등에 의해 수정할 수 있습니다. 정 (+) 오차 부 () 오차 오차 소기어 대기어 소기어 대기어 오차 그림 6.5 기어의 조립거리 오차에 의한 이접촉 그림 6.3 기어박스의 오프셋 오차에 의한 이접촉 (2) 기어박스의 축각도 오차 그림 6.4 와 같이 기어박스의 축각에 정 ( 플러스 ) 오차가 있으면 베벨기어의 이접촉은 소기어 ( 피니온 ) 및 대기어 ( 기어 ) 모두에 소단접촉이 됩니다. 반대로 부 ( 마이너스 ) 오차가 있으면 대단접촉이 됩니다. 정 (+) 오차 부 () 오차 조립거리 오차는 백래시의 크기에도 영향을 줍니다. 이 오차가 정방향으로 증가면 백래시도 증가합니다. 소기어 ( 피니언 ) 의 조립거리 오차는 이접촉에 큰 영향을 미칩니다. 미세게 백래시를 조절는 경우에는 대기어 ( 기어 ) 만 축방향으로 조절는 것이 일반적이지만 크게 백래시를 조정는 경우에는 이접촉에 악영향을 주지 않도 록 소기어 및 대기어의 양쪽을 축방향으로 조정합니다 웜기어의 이접촉 현재 일본에서는 웜기어의 정밀도에 관한 규격은 없습니 다. 있는 것은 JGMA 121(23) 기어의 이접촉에 관 한 규격 뿐입니다. 따라서 웜기어에 대해서는 이접촉 시험기에 의한 이접촉 백래시의 검사가 가장 일반적입니다. 이 이접촉 검사에서 이상적인 이접촉을 그림 6.6 에 나타 냅니다. 회전방향 그림 6.4 기어박스의 축각도 오차에 의한 이접촉 (3) 기어의 조립거리 오차 그림 6.5 와 같이 피니언의 조립거리에 정 ( 플러스 ) 오차 가 있으면 피니언은 낮은 이접촉, 기어는 높은 이접촉이 됩 니다. 이는 피니언의 조립거리에 정오차가 있음으로 인여 피니언의 압력각에 정 ( 플러스 ) 오차가 있는 것 같은 영 향을 주기 때문입니다. 반대로 피니언의 조립거리에 부 ( 마이너스 ) 오차가 있으 면 피니언은 높은 이접촉, 기어는 낮은 이접촉이 됩니다. 이는 피니언의 압력각에 부 ( 마이너스 ) 측 오차가 있는 것 같은 현상입니다. 입구측 출구측 그림 6.6 이상적인 이접촉 이 이접촉은 잇줄방향 이접촉의 중심이 다소 출구측에 가 까이 있고 입구측에는 유막형성에 필요한 입구 틈새를 확보 할 수 있도록 되어 있습니다. 이와 같이 이상적인 이접촉의 웜기어를 제작여도 521

26 기어박스의 가공정밀도가 나쁘거나 웜휠의 조립이 잘 못 되 면 그 이접촉도 나빠져 버립니다. 이 웜기어의 이접촉에 영향을 주는 것에는 다음의 3 가지 오차를 생각할 수 있습니다. 1 기어박스의 축각도 오차 2 기어박스의 중심거리 오차 3 웜휠의 설치위치 오차 정오차 (+) 부오차 () 이 중에서 1 2는 기어박스를 재가공지 않으면 좋은 이접촉을 얻을 수 없습니다만 3에 대해서는 웜휠을 축방향 으로 이동여 조정함으로써 올바른 이접촉을 얻을 수 있습 니다. 이 3 가지 오차는 정도의 차이는 있지만 모두 백래시의 크 기에 영향을 줍니다. (1) 기어박스의 축각도 오차 그림 6.7 같이 기어박스에 축각도 오차가 있으면 이접 촉은 크로스 접촉이 됩니다. 이 크로스 접촉은 기어에 잇줄방향 오차 ( 비틀림각 오차 ) 가 있을 때에도 일어납니다. 오차 오른쪽 비틀림 왼쪽 비틀림 오른쪽 비틀림 왼쪽 비틀림 그림 6.8 기어박스의 중심거리 오차에 의한 이접촉 (3) 웜휠의 조립위치 오차 그림 6.9 와 같이 웜휠에 조립위치 오차가 있으면 이접촉 은 이 끝의 방향으로 이동합니다. 이 이접촉이 이동는 방 향은 웜휠의 조립위치 오차의 방향 일치합니다. 이 오차 는 백래시 크기에도 영향을 미치며 오차가 증가면 백래시 는 감소는 경향이 있습니다. 이 조립위치 오차는 조립시 심 조절 등에 의해 수정할 수 있습니다. 오차 오차 오차 그림 6.7 기어박스의 축각도 오차에 의한 이접촉 (2) 기어박스의 중심거리 오차 그림 6.8 같이 기어박스에 극단적인 중심거리 오차가 있어도 이접촉은 크로스 접촉이 됩니다. 이 오차가 있을 때에는 이접촉이 나빠질 뿐 아니라 백래시의 크기에도 상당 히 영향을 줍니다. 정 ( 플러스 ) 오차가 있으면 백래시는 증 가고, 부 ( 마이너스 ) 오차가 있으면 백래시는 감소합니 다. 부 ( 마이너스 ) 오차가 너무 커지면 백래시가 없어져 기어 를 조립할 수 없게 됩니다. 그림 6.9 웜휠의 조립위치 오차에 의한 이접촉 522

27 7 기어의 재료와 열처리 기어는 각각의 용도에 맞게 철계 재료, 비철계 금속재료 또는 플라스틱 재료 등 여러가지 재료로 만들어집니다. 재 료의 종류나 열처리의 차이에 따라 기어의 강도도 달라집니다. 7.1 기어에 사용는 일반적인 재료 기어에 사용는 일반적인 재료의 기계적 성질 및 특징 등을 표 7.1 에 나타냅니다. 표 7.1 기어에 사용는 일반적인 재료 재료명 JIS 재료기호 인장강도 N/mm 2 신장 % 이상 압축 % 이상 경도 HB 특징, 열처리 및 용도 예 등 기계구조용 탄소강 S15CK 49 이상 ~ 235 저탄소강. 침탄 열처리로 고강도 S45C 69 이상 ~ 269 가장 일반적인 중탄소강. 조질 / 고주파 열처리 기계구조용 합금강 SCM 이상 ~ 331 중탄소 합금강 (C 함유량.3~.7%) SCM44 98 이상 ~ 352 조질 및 고주파 열처리 고강도 ( 굽힘강도 / 치면강도 ) SNCM 이상 ~ 352 SCr 이상 ~ 32 SCM 이상 ~ 321 SNC 이상 ~ 388 SNCM22 83 이상 ~ 341 SNCM42 98 이상 ~ 375 일반구조용 압연강재 SS4 4 이상 저강도 / 저가 저탄소 합금강 (C 함유량.3% 이 ) 표면경화 처리 ( 침탄, 질화, 침탄질화 등 ) 고강도 ( 굽힘강도 큼 / 치면강도 큼 ). 웜휠 이외의 각종 기어에 사용 회주철 FC2 2 이상 223 이 강에 비해 저강도. 대량생산 기어용 구상흑연주철 FCD57 5 이상 7 15 ~ 23 고정밀도인 덕타일 주철. 대형 주조기어 스테인레스 강 비철금속 SUS33 52 이상 이 SUS34 보다 피삭성 ( 쾌삭 ), 늘어붙지 않는 성질 향상 SUS34 52 이상 이 가장 넓게 사용되는 스테인레스강. 식품기구 등 SUS 이상 이 해수 등에 대여 SUS34 보다 우수한 내식성 SUS42J2 54 이상 이상 열처리 가능한 마르틴사이트계 SUS44C 58HRC 이상 열처리여 최고경도를 실현. 치면강도 큼 C HV 이상 쾌삭황강. 각종 소형기어 CAC 이상 인청동 주물. 웜휠에 최적 CAC 이상 알루미늄 청동주물. 웜휠 등 엔지니어링 플라스틱 MC HRR 기계가공기어. 경량화. 녹슬지 않는다. MC62ST 96 12HRR M HRR 사출성형기어. 저가로 대량생산. 경부 용도 7.2 기어의 대표적인 열처리 방법 열처리란 금속재료에 필요한 조직 및 성질을 부여기 위여 실시는 가열 및 냉각 조작을 말며, 특히 냉 각방법에 따라 조직 및 성질이 여러 가지로 변화합니다. 열처리는 크게 나누어 불림, 풀림, 담금질, 뜨임, 표면 경화로 나눌 수 있습니다. 열처리를 활용여 강이 가지 고 있는 성질을 충분히 발휘시킬 수 있습니다. 각종 열처리를 실시함으로써 강은 단단해지며 기어의 강도는 향상됩니다. 특히 치면강도는 큰 폭으로 올라갑 니다. 열처리 방법은 강이 함유고 있는 탄소 (C) 량에 의해 표 7.2 와 같이 달라집니다. 표 7.2 열처리 방법 열처리 방법 침탄 열처리 고주파 열처리 화염 열처리 질화 ( 주 1) 주브 열처리 탄소 (탄소량) ( C)% 주 1. 질화의 경우는 Al, Cr, Mo, V 등의 합금원소를 1 종 이상 포함해야 합니다. 523

28 (1) 불림 normalizing 불림이란 강의 결정체를 미세화고 조직을 균일게 기 위여 실시는 열처리입니다. 목적은 전 가공의 영향인 강의 내부응력을 제거거나 압연 등의 소성가공 에 의해 생긴 섬유조직을 해소는 것입니다. (2) 풀림 annealing 풀림이란 강의 연화, 결정조직의 조정, 내부응력의 제 거, 냉간 가공성 및 절삭성의 개선 등을 위여 실시는 열처리입니다. 그 목적에 따라 완전 풀림, 연화 풀림, 응 력제거 풀림, 항온 풀림, 중간 풀림 등이 있습니다. 1응력제거 풀림 조직을 바꾸지 않고 내부응력을 줄이는 풀림 2변형제거 풀림 강재 등에 발생한 변형을 제거기 위여 중을 걸 어 실시는 풀림 3중간 풀림 냉간가공 도중에 다음 가공을 쉽게기 위여 가공 경화한 재료를 연화시킬 목적으로 실시 (3) 담금질 quenching 강을 고온으로 가열한 후에 급냉는 것. 강을 단단고 강게 합니다. 냉각조건에 따라 물 담금질, 기름 담금질, 진공 담금질 등이 있습니다. 담금질한 후에는 반드시 뜨임을 실시합니다 (4) 뜨임 tempering 담금질 경화 후, 다시 가열여 적절한 속도로 냉각 는 열처리입니다. 담금질 한 후에는 반드시 뜨임을 실시합니다. 뜨임의 주요목적은 경도의 조정, 인성의 부여 및 내부 응력의 제거입니다. 뜨임의 온도에 따라 [ 고온 뜨임 ] [ 저온 뜨임 ] 이 있 습니다. 뜨임의 온도가 높을수록 경도는 감소지만 인성 은 증가합니다. 조질의 경우에는 고온 뜨임을 실시합니다. 고주파 열처리, 침탄 열처리 등의 표면경화 처리 후의 뜨 임은 저온 뜨임입니다. (5) 조질 담금질 뜨임 ( 고온 ) 을 조합여 강의 경도 / 강도 / 인 성을 조정는 열처리입니다. 조질 후 제품을 기계가공할 수 있을 정도로 경도를 조정합니다. 조질경도의 기준은 아래와 같습니다. S45C (기계구조용 탄소강) 2 ~ 27 HB SCM44(기계 구조용 합금강)23 ~ 27 HB (6) 침탄 열처리 저탄소강의 표면을 침탄 ( 탄소를 스며들게 함 ) 시켜 고 탄소 상태로 여 담금질여 탄소가 침입한 표면을 특별 히 단단게 는 열처리입니다. 담금질 후 뜨임 ( 저온 ) 을 여 경도를 조정합니다. 침탄 담금질에 의해 표면 뿐 아니라 심부도 어느 정도 경 화됩니다만, 표면 정도로 경화되지 않습니다. 표면의 일부분에 침탄방지제를 도포함으로써 탄소가 침 입는 것을 막으면 그 부분의 경도가 높아지는 것을 방지 할 수 있습니다. 표면경도 및 경화층 깊이의 기준은 아래와 같습니다. 담금질 경도 55~63HRC( 참고 ) 유효 경화층 깊이.3~1.2mm( 참고 ) 기어는 침탄 열처리함으로써 변형되어 정밀도가 나빠집 니다. 기어의 정밀도를 높이려면 열처리 후 기어를 연삭 할 필요가 있습니다. (7) 고주파 열처리.3% 이상의 탄소를 함유한 강을 유도에 의해 가열 여 표면을 단단히 는 담금질 방법입니다. 기어를 고주 파 담금질는 경우, 치면 및 이끝의 경도를 높일 수 있어 도 이뿌리의 경도는 올릴 수 없는 경우가 있습니다. 일반적으로 고주파 담금질에 의한 변형으로 기어정밀도 는 저합니다. S45C 제품을 고주파 담금질는 경우에는 아래에 나타 내는 경도를 참고여 주십시오. 담금질 경도 45~55 HRC 유효 경화층 깊이 1~2mm (8) 화염 담금질 열원이 불꽃인 표면경화 처리. 주로 주강의 임의의 표 면, 일부분만을 열처리할 경우에 이용합니다. (9) 질화 강 표면에 질소를 확산 침투시켜 표면을 경화는 열처 리입니다. 강에 알루미늄, 크롬, 몰리브덴이 함유되어 있 으면 질화가 용이게 되어 쉽게 경화됩니다. 대표적인 질화강으로는 SACM645( 알루미늄 크롬 몰리브덴 강 ) 가 있습니다. (1) 주브 열처리 강 전체를 심부까지 가열고 급냉는 열처리. 표면 뿐 아니라 심부까지 경화됩니다. 524

29 8 기어의 윤활 표 평기어 및 베벨기어의 원주속도 범위(m/s) 기어 윤활의 목적은 주로 2 가지가 있습니다. 이는, 1. 치면 사이의 미끄럼을 좋게 는 것. 즉, 동마찰계수 μ의 값을 작게 는 것입니다. 2. 치면 사이에서 일어나는 회전마찰 및 미끄럼마찰 손실에 의한 온도상승을 억제할 것. 즉, 기어를 냉각는 것입니다. No. 윤활법 1 구리스 윤활법 2 끼얹기 윤활법 3 강제 윤활법 표 웜기어의 미끄럼속도 범위 원주속도 v(m/s) 이 2 가지를 만족할 수 있도록 기어의 윤활법 윤활유의 종류를 선정여 기어의 윤활고장을 방지해야 합니다. 8.1 기어의 윤활법 No. 1 2 윤활법 구리스 윤활법 끼얹기 윤활법 원주속도 v s (m/s) 기어의 윤활법을 크게 나누면 다음의 3 가지로 분류할 수 있습니다. (1) 구리스 윤활법 (2) 끼얹기 윤활법 ( 유욕식 ) (3) 강제 윤활법 ( 순환급유방식 ) 이들은 기어의 사용조건에 따라 적당히 선정할 필요가 있 습니다. 선정의 기준이 되는 것은 주로 기어의 원주속도 (m/s) 및 회전수 (rpm) 입니다. 위의 윤활법을 이 원주속도의 고저로 분류면, 저속에서 는 구리스 윤활법, 중속에서는 끼얹기 윤활법, 고속에서는 강제 윤활법을 사용는 것이 일반적입니다. 그러나 이것 은 어디까지나 기준일 뿐이며, 예를 들어 상당한 원주속도 의 범위까지 유지관리 등의 이유로 구리스 윤활법을 사용 는 경우도 있습니다. 표 8.1 에는 이 3 가지의 윤활법에 의한 원주속도 범위의 기준을 보여줍니다. 저속, 경중의 기어에서는 구리스 윤활도 가능지만 특 히 개방형에서의 사용시에는 정기적인 구리스 보급이 중요 합니다. 윤활유는 장기간 사용면 열화거나 유량이 감소되므로 정기적으로 확인여 교환 또는 보충이 필요합니다. 기름 이 떨어지거나 부적절한 윤활유를 사용면 치면의 늘어붙 음, 긁힘 등 치면 손상의 원인이 됩니다. 고속, 중중으로 사용는 기어 및 마모되기 쉬운 웜기어, 나사기어에서는 윤활유의 종류, 양 및 윤활방법의 선정에 충분히 주의해 주십시오. 특히 윤활유의 선정은 중요합니 다. 3 강제 윤활법 다음에 이 3 가지 윤활법에 대여 간단히 설명합니다. (1) 구리스 윤활법 이 구리스 윤활법은 개방기어 및 밀폐된 기어박스에서 그 원주속도가 비교적 저속인 경우에 사용됩니다. 구리스 윤활법에서 주의해야 는 문제점이 여러가지 있 습니다만, 여기서는 3 가지를 제시합니다. 적절한 점도의 구리스를 선정한다. 특히 밀폐된 기어박스에서는 구리스가 유효게 작용도록 유동성이 좋은 것이 적합합니다. 고부, 연속운전에는 맞지 않습니다. 구리스는 오일 만큼의 냉각효는 없으므로 고부, 연속운전에 사용는 경우, 온도상승이 문제가 될 수 있습니다. 적당량의 구리스를 사용한다. 구리스가 너무 적으면 윤활효를 기대할 수 없습 니다. 반대로 밀폐된 기어박스에서 봉입는 구리 스가 너무 많으면 교반손실이 커집니다. 525

30 (2) 끼얹기 윤활법 ( 유욕식 ) 이 끼얹기 윤활법은 기어박스에 담아 놓은 윤활유를 기어 의 회전에 따라 날리게 여 그 기름에 의해 기어나 베어링 을 윤활는 방법입니다. 저속으로 이 끼얹기 윤활법을 사 용는 경우는 원주속도 3m/s 이상인 것이 바람직합니다. 끼얹기 윤활법 ( 유욕식 ) 에서 주의해야 는 문제점은 여 러가지 있습니다만, 여기서는 유면의 높이와 기어박스의 한계온도에 대여 설명합니다. 1유면의 높이 사용는 기름의 양이 너무 많으면 교반손실이 커집니 다. 너무 적으면 윤활효나 냉각효는 기대할 수 없 습니다. 표 8.2 에는 적절한 유면높이의 기준을 제시합 니다. 유면의 높이는 운전을 시작면 정지고 있을때보다 내 려갑니다. 이 차이가 클 때는 정지시의 유면을 조금 높게 해 두거나 오일팬 등을 부착는 등의 대책이 필요합니다. 2기어박스의 한계온도 기어박스의 온도는 기어나 베어링의 마찰손실이나 윤활유 의 교반손실에 의해 상승합니다. 이에 따라 각종 악영향이 발생합니다. 예를 들면. 윤활유의 점도 저 윤활유의 열화 기어박스, 기어, 축 등의 변형 백래시의 감소 최근에는 기술의 진보에 따라 고성능의 윤활유가 많이 나 오므로 상당한 온도까지 사용할 수 있게 되었지만, 기준으 로는 8 ~9 정도가 한계온도입니다. 이 한계온도를 넘기려면 기어박스의 방열성을 좋게 기 위한 팬을 부착거나 축에 팬을 설치여 송풍, 냉각는 것이 필요합니다. 표 8.2 적절한 유면높이 기어의 종류 평기어 및 헬리컬 기어 베벨기어 웜기어 기어의 배치 수평축 수직축 ( 수평축 ) 웜 상 웜 유면높이 레벨 3h 1h 1h 1 h 3 1b 1 b d d 1 d 1 여기서 h= 전체 이높이, b= 치폭, d 2 = 웜휠의 기준원지름, d 1 = 웜의 기준원지름 (3) 강제 윤활법 이 강제 윤활법은 펌프에 의해 물림부위로 윤활유를 급유 는 방법으로 급유방법에 따라 적식, 분사식, 분무식의 3 가지로 분류합니다. 분무식 이것은 압축공기에 의해 안개상태로 한 윤활유를 물림 부위에 분무는 방식입니다. 이 방법은 특히 고속인 경우에 사용합니다. 적식 이것은 파이프로 윤활유를 물림부위에 공급는 방식 입니다. 분사식 이것은 노즐로 윤활유를 물림부위에 분사는 방식입 니다. 이 강제 윤활법은 오일탱크, 펌프, 필터, 배관, 기타 일 련의 여러가지 장치가 필요므로 특수한 고속, 대형 기어 장치에 사용됩니다. 이 방법에 의면 필터로 여고 쿨러로 냉각한 적정점 도의 윤활유를 물림부위로 적당량만 보낼 수 있으므로 기 어의 윤활법으로서는 가장 좋은 방법입니다. 526

31 9 기어의 소음 대책 기어를 고부, 고속으로 운전할 때 기어의 소음 진동은 큰 문제가 됩니다. 그러나 기어의 소음은 여러가지 원인이 복합되 어 발생므로 원인을 특정기가 매우 곤란합니다. 기어 및 기 어장치의 설계, 제작시에 고려해야 할 포인트를 아래에 열거합 니다. (1) 좋은 정밀도 피치오차, 치형오차, 잇줄방향 오차, 이홈의 흔들림 등이 작은 기어일수록 저소음입니다. (2) 작은 치면 거칠기 기어연삭, 래핑 외에 적당한 길들이기 운전으로 치면 거칠기를 향상시킨다. 기어의 소음을 줄이는데 효가 있습니다. (3) 좋은 이접촉 치폭 중앙부에 좋은 이접촉을 갖는 기어는 저소음입니 다. 크라우닝 또는 엔드 릴리프 ( 릴리핑 ) 함으로써 치 폭 양단부에 이접촉이 집중는 것을 막습니다. (4) 적절한 백래시 전동 토크에 맥동이 있을 때에는 두드리는 소리가 나기 쉬우므로 백래시는 작은 것이 효적입니다. 그 반면 에 백래시를 너무 작게 해도 소음이 증대될 수 있습니 다. (5) 커다란 정면 물림률 일반적으로 동시에 물리는 이가 많을수록 소음은 줄어 듭니다. 물림 압력각을 작게 거나 높은 치형으로 는 것이 효적입니다. (6) 큰 중첩 물림률 비틀림이 있는 기어는 동시에 맞물리는 이가 늘어납니 다. 일반적으로 평기어보다는 헬리컬 기어, 직선 베벨기어 보다는 스파이럴 베벨기어 쪽이 조용합니다. 같은 크기라면 작은 모듈, 큰 잇수의 기어가 저소음입 니다. ( 9 ) 고강성의 기어박스 기어, 축, 기어박스의 강성을 높입니다. 부를 받아 기어, 축 등이 변형함으로써 나쁜 이접촉 이 되고 소음의 원인이 됩니다. (1) 수지재료 경부, 저속 회전이면 플라스틱 기어가 효적입니 다. 흡수 ( 팽윤 ) 이나 온도상승에 의한 기어의 팽창에 따 른 백래시의 감소 등에는 주의가 필요합니다. (11) 진동 감쇄율이 높은 재료 주철제의 기어는 강재보다 저소음화에 효적입니다. 보스부위만 주철제로 해도 효를 기대할 수 있습니 다. (12) 적절한 윤활 적절고 충분한 윤활로 유막을 확보고 유체 윤활상 태를 유지는 것이 중요합니다. 점도가 높은 윤활유가 비교적 소음이 작다고 알려져 있 습니다. (13) 저속회전 및 저부화 기어는 저속회전 및 저부일수록 소음은 감소는 경 향이 있습니다. (14) 타흔이 없는 기어 이끝 및 치면에 타흔이 있는 기어는 주기적으로 이상한 소음을 발생시킵니다. (7) 간섭이 없는 치형 일반적으로 동시에 물리는 이가 많을수록 소음은 줄어 듭니다. 물림 압력각을 작게 거나 높은 치형으로 는 것이 효적입니다. (8) 작은 이 (15) 웨브을 너무 얇게지 않을 것 경량화를 위여 웨브를 얇게 한 기어는 비교적 고주파 음 같은 소음이 발생합니다. 주의가 필요합니다. 527

32 < 기어에 관한 JIS 규격 > 1 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도 JIS B 1721:1998, JIS B 1722:1998 에서 발췌 지금까지 널리 사용되어 왔던 기어 정밀도에 관한 규격 JIS B 172:1976( 평기어 및 헬리컬 기어의 정밀도 ) 이 ISO 규격을 따 르게 되면서 큰 폭으로 변경되었습니다. 새로운 기어 정밀도 규격은 JIS B 1721:1998( 원통기어 정밀도등급 제 1 부 : 기어의 치면에 관한 오차의 정의 및 허용값 ) 와 JIS B 1722:1998( 원통기어 정밀도등급 제 2 부 : 양 치면 물림오차와 이홈 흔들림의 정의 및 정밀도 허용값 ) 입니다. 이 규격으로부터 발췌한 정밀도에 관한 표를 기재합니다. 여기서 신규격의 정밀도 등급 표시방법은 종전 규격의 혼동을 피기 위여 접두에 N 을 붙이고, N 급이라고 호칭을 표시합니다. < 신구규격 비교 > 이들 신JIS 규격을 구JIS규격 비교해 보면 모듈이나 기준원지름(구JIS에서는 기준 피치원지름)의 구분이 다르기 때문에, 예를 들어 구 JIS4 급이 신 JIS 에서는 몇 급에 해당는지에 대여 정확히 대비시킬 수 없습니다. 대략의 기준으로서 신 JIS 정밀도등급 = 구 JIS 정밀도등급 +4( 급 ) 으로 말지만 이 기준이 적용되지 않는 부분도 많이 있습 니다. 구도면의 기어정밀도를 재검토는 경우 등에서 신구 정밀도등급을 변환할 필요가 있을 때에는 일본기어공업회가 발행는 [JGMA/TR1(2) : 신구 JIS 기어정밀도의 규격치 대비표 ] 를 참조 십시오. 표 1 단일피치오차 ± f pt 기준원지름 d mm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56 모듈 m mm.5 m 2..2 < m m 2..2 < m < m 6. 6 < m 1..5 m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m 25. N 정밀도등급 N5 N6 N7 N8 N9 N1 N11 N12 ± f pt μm

33 표 2. 누적피치오차 F p 기준원지름 d mm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56 모듈 m mm.5 m 2..2 < m m 2..2 < m < m 6. 6 < m 1..5 m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m 25. N 정밀도등급 N5 N6 N7 N8 N9 N1 N11 N12 F p μm

34 표 3. 전체 치형오차 F α 기준원지름 d mm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56 모듈 m mm.5 m 2..2 < m m 2..2 < m < m 6. 6 < m 1..5 m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m m 2..2 < m < m 6..6 < m 1..1 < m < m 25. N 정밀도등급 N5 N6 N7 N8 N9 N1 N11 N12 F α μm

35 표 4. 전체 잇줄오차 F β 기준원지름 d mm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56 치폭 b mm 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 4 b 1. 1 < b 2. 2 < b 4 4 < b 8 8 < b b 1. 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 8 < b < b < b 4 4 b 1 1 < b 2 2 < b 4 4 < b 8 8 < b < b < b 4.1 b 2 2 < b 4 4 < b 8 8 < b < b < b 4 N 정밀도등급 N5 N6 N7 N8 N9 N1 N11 N12 F β μm

36 표 5. 양 치면 전체물림 허용값 F i '' JIS B 1722:1998 기준원지름 치직각 모듈 N4 정밀도등급 N5 N6 N7 N8 N9 N1 N11 N12 d mm m n mm Fi'' μm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d d < d 1.2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n 4..2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n < m n < m n 1..2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n < m n < m n 1..2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n < m n < m n 1..2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n < m n < m n 1..2 m n.5.5 < m n.8.8 < m n < m n < m n < m n < m n < m n

37 JIS B 1722:1998 의 부속서 B( 규정이 아니라 참고 ) 에 게재되어 있는 이홈의 흔들림 허용값을 표 6 에 나타냅니다. 표 6. 이홈의 흔들림 허용값 F r (μm) 기준원지름 치직각 모듈 N4 N5 N6 N7 정밀도등급 N8 N9 N1 N11 N12 d mm m n mm F r μm 5 d 2 2 < d 5 5 < d < d < d 56.5 m n < m n m n < m n < m n < m n 1..5 m n < m n < m n < m n 1. 1 < m n < m n 25.5 m n < m n < m n < m n 1. 1 < m n < m n 25.5 m n < m n < m n < m n 1. 1 < m n < m n

38 2 베벨기어의 정밀도 JIS B 174 : 1978 에서 발췌 기어의 허용값 정면 모듈.6 초 1 이 1 초 1.6 이 1.6 초 2.5 이 등 급 오 차 3 이 상 6 이 6 초 12이 12초 25이 25초 5이 5초 1이 1초 2이 6 초 12이 피치원 지름(mm) 12초 25초 5초 1초 2초 25이 5이 1이 2이 4이 12초 25이 25초 5이 5초 1이 1초 2이 2초 4이 4초 8이 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 인접피치오차 이홈의 흔들림 인접피치오차 이홈의 흔들림

39 기어의 허용값 정면 모듈 2.5 초 4 이 4 초 6 이 6 초 1 이 등 피치원 지름(mm) 급 오 차 12초 25초 5초 1초 2초 4초 8초 25초 5초 1초 2초 4초 8초 25초 5초 1초 2초 4초 8초 25이 5이 1이 2이 4이 8이 16 이 5이 1이 2이 4이 8이 16 이 5이 1이 2이 4이 8이 16 이 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 단일피치오차 ( ± ) 인접피치오차 누적피치오차 ( ± ) 이홈의 흔들림 인접피치오차 이홈의 흔들림 인접피치오차 이홈의 흔들림 이홈의 흔들림