기계의 중요한 부분 중 하나는 회전 운동을 가능하게 하는 기어입니다. 이는 일련의 이빨이 있는 원형 본체로, 한 샤프트의 힘과 운동을 다른 샤프트로 전달합니다. 단일 기어만으로는 힘을 전달할 수 없습니다. 힘을 전달하려면 두 개 이상의 맞물리는(또는 맞물리는) 회전 기어가 필요합니다.
그렇다면 이제 기어 가공에 대해 심도 있게 알아보겠습니다. 기어 가공이란 무엇이고, 무엇에 사용되는지, 기어 가공 프로세스는 무엇이고, 장단점은 무엇인지 알아보겠습니다.
기어 가공이란?
기어 가공은 기어라고 하는 최종 제품을 생산하기 위해 재료에서 원치 않는 부분을 제거하는 제조 방법입니다. 이러한 재료는 스틸, 놋쇠, 주철, 플라스틱, 폴리카보네이트, 나일론, 알루미늄 또는 청동.
기어 부품을 만드는 데 사용할 수 있는 여러 가지 가공 공정이 있습니다. 여기에는 주조, 밀링, 호빙, 연삭, 절단 및 블랭킹이 포함됩니다. 이러한 기어 가공 공정은 전력을 정확하게 전달하기 위해 100% 정밀도가 필요합니다.
가공 기어는 어떻게 작동합니까?
기계 가공 기어 공정에는 재료 준비, 절단, 열처리, 마무리에 이르기까지 많은 단계가 포함됩니다. 설정에서 약간의 부정확성이라도 기계의 의도된 기능을 작동 불가능하게 만들 수 있기 때문에 민감한 공정으로 간주됩니다. 기어 가공 공정의 실제 목적은 기계에 운동과 동력을 전달하는 것입니다.
기어 가공의 5단계
기어 가공 공정은 기어의 최종 상태가 달성되기 전에 여러 단계로 구성됩니다. 아래에서 모든 주요 가공 기어 공정을 논의합니다.
기어 블랭크 준비
첫 번째 단계는 기어 블랭크를 제공하고 준비하는 것입니다. 기어 블랭크는 강철, 알루미늄 또는 기타와 같은 원자재입니다. 금속 기어를 만드는 데 사용되는 기어입니다. 원하는 모양으로 변환하여 본격적인 기어가 됩니다.
절단 및 성형
이 단계에서는 밀링 머신이나 작업대에 선택된 기어 블랭크를 설치해야 합니다. 그곳에서 호브나 폼 커터와 같은 도구를 사용하여 기어 이빨을 준비된 기어 블랭크로 형성하여 절단합니다. 달성하려는 기어 유형에 따라 밀링 머신에서 사용할 수많은 기어 절단 프로세스 중 어떤 것을 사용할지 결정됩니다.
열처리
열처리는 기어를 가공할 때 항상 필요한 단계는 아닙니다. 선택 사항이며 기어의 재료와 목적에 따라 달라집니다. 그러나 기어를 내마모성으로 만들고 강도를 향상시킵니다.
마감
마무리는 연삭, 연마 또는 코팅과 같은 기어 가공에서 표면을 향상시키는 공정입니다. 이 공정은 효과적인 작동과 다른 기어와의 쉬운 피팅을 위해 정제된 이빨을 보장합니다.
검사 및 품질 관리
이것은 기어 가공의 마지막 단계이며, 모든 치수에서 기어 정확성을 보장하기 위한 건전한 검사입니다. 가공된 기어가 기계에 통합되기 전에 성능에 대한 표준에 부합하는지 확인합니다.
기어 가공의 방법은 무엇입니까?
기어 가공의 세 가지 주요 방법을 배우게 될 것입니다. 기어 생성부터 시작하여 다양한 전략을 하나씩 살펴보겠습니다.
기어 생성
기어 생성은 절삭 공구를 사용하여 블랭크에서 재료를 제거하는 것입니다. 기어 생성에는 하위 유형이 있으며 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 선덜랜드 방식: 이 방법에서는 각도 간극이 있는 랙 커터를 사용하여 기어 머신을 사용하여 기어 블랭크의 이빨 모양을 만듭니다.
- 기어 쉐이핑: 이는 기어 블랭크가 커터 주위에서 연속적으로 회전하는 동안 작업물을 따라 원하는 기어 모양을 가진 특수 커터의 앞뒤 이동을 포함합니다. 셰이핑은 다른 절단 공정이 충분히 효율적이지 않은 곳에서 더 편리한 절단 공정입니다.
- 기어 호빙: 기어 가공에 가장 정밀하고 정확한 공정으로 간주됩니다. 나선형 절삭 공구는 이 공정 중에 사용되며 특히 스퍼 및 나선형 기어에서 높은 정밀도와 좋은 표면 마감을 제공합니다.
기어폼 절단
선호되는 기어 가공 방법이기는 하지만, 기어 폼 커팅에는 품질과 생산성이 낮다는 단점이 있습니다. 그러나 필요한 경우 가능한 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.
- 쉐이핑, 플래닝 및 슬로팅: 성형 시 램에 있는 공구는 작업물 위로 반복적으로 움직이며 내부 및 외부 기어를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
- 갈기: 이것의 사용은 제한적입니다. 그러나 복잡한 기어 형상을 만드는 데 가장 잘 사용됩니다.
- 방전가공(EDM): 이 공정은 다양한 크기의 복잡한 기하학적 형상을 절단하는 데 적합하지만, 곡선형 이빨 모양과 같은 부품 표면을 손상시키지 않기 위해 품질 관리가 필요합니다.
기어 성형
다른 기술에서처럼 커터를 사용하거나 재료를 제거하지 않고 기어 이빨과 부품을 생산하는 프로세스입니다. 다음 방법을 통해 달성할 수 있습니다.
- 구르는: 이 방법은 두 개의 롤링 다이 사이에 블랭크나 금속 표면을 놓고 힘을 가해 블랭크에 나사산을 만드는 것을 포함합니다. 기어 커팅은 위에서 본 것과 유사한 프로세스인 반면, 기어 롤링은 커팅 대신 재료를 원하는 모양으로 압착합니다.
- 주조 : 이것은 합금을 녹이고 마그마를 정의된 모양으로 붓는 것을 포함합니다. 이 경우, 모양은 적절한 양과 크기의 이빨을 가진 기어 모양입니다.
- 분말 야금: 이 기술은 금속 분말로 기어를 만드는 것을 포함합니다. 이 분말은 가열 공정을 통해 가열되어 기어를 형성합니다.
- 첨가제 제조: 대부분의 기존 기어 가공 공정과는 달리 3D 프린터나 CAD 소프트웨어를 사용하여 고품질 기어를 만드는 첨단 기술적 방법입니다.
기어 가공에 사용할 수 있는 최고의 재료
다양한 유형의 기계 가공 기어는 성능과 내구성을 높이기 위해 고유한 특수 소재가 필요합니다. 기어 가공에 일반적으로 사용되는 소재는 다음과 같습니다.
- 강철 : 강철은 스퍼 기어와 헬리컬 기어를 제작하는 고강도 기어 가공 공정에 매우 적합합니다. 뛰어난 내구성과 내마모성을 자랑하며, 다양한 종류의 강철이 있지만 탄소강과 합금강이 이러한 용도에 가장 이상적입니다.
- 주철: 이러한 원자재는 내구성이 중요한 저강도 응용 분야의 기어에 주로 사용됩니다.
브론즈: 청동은 일반적으로 마찰이 낮아 웜기어 생산에 이상적입니다. - 나일론: 나일론으로 만든 기어는 일반적으로 가볍고 요구 사항이 덜한 용도에 사용됩니다.
- 분말 야금 재료: 이러한 재료는 일관된 특성을 지닌 대량의 기어를 생산하는 데 이상적입니다.
가공 기어 절삭 공구
정밀 기어 절삭 공구는 기어 가공에 필요하며, 다양한 응용 분야에서 작동하기 위해 매끄럽고 매끄러운 기어 프로파일을 보장합니다. 대부분의 기어 가공에 필요한 필수 도구 중 일부는 다음과 같습니다.
- 기어 호빙 머신: 기어 호빙 가공 중 빠른 속도로 재료를 다듬는 데 사용되는 필수적인 기어 절삭 공구이며, 특히 나선형 및 스퍼 기어를 형성합니다.
- 절삭 공구: 절삭 공구에는 여러 종류가 있으며, 랙 커터, 호브, 스키버 등이 있으며, 이를 이용해 톱니 모양을 깎습니다.
- CNC 기계: CNC 기계는 기어를 지속적으로 대량 생산할 목적으로 제작된 자동화된 기어링 도구입니다.
브로칭 도구: 이 도구는 복잡한 기어 모양을 자르는 데 유용합니다. 또한 내부 스플라인을 만드는 데에도 사용됩니다. - 기어 셰이퍼: 이 도구는 고유한 프로필을 가진 내부 기어를 형성하는 데 가장 적합합니다.
표면 마감 도구: 동력 전달에 필요한 기어 이빨의 품질 마감을 제공합니다. - 연삭 도구: 절삭 및 성형 후 기어 표면을 매끄럽게 다듬는 데 사용됩니다.
장비에는 어떤 종류가 있나요?
기어에는 여러 유형이 있으며, 각각 고유한 기능과 기계의 다른 부분에서의 응용 분야가 있습니다. 그 중 일부를 아래에 나열했습니다.
평 기어
전기 블렌더, 세탁기, 옷 건조기와 같은 응용 분야에서 사용됩니다. 축과 평행한 수평 이빨을 가진 원통형으로 형성되며 두 축 사이의 전력을 전달하는 데 필수적입니다. 스퍼 기어의 한 가지 과제는 매우 시끄럽고 고속에서 많은 진동을 유발한다는 것입니다.
웜 기어
웜 기어는 원형 기어를 통과하는 나사 모양의 부품입니다. 속도를 줄이기 위해 만들어졌지만 더 많은 힘이나 힘을 제공합니다. 웜 기어는 운동 방향을 바꾸는 데에도 사용할 수 있습니다. 전기 모터와 같은 일부 전원을 사용하여 나사 모양의 기어를 구동할 수 있습니다.
헬리컬 기어
이것은 제조에서 가장 많이 사용되고 효율적인 기어 중 하나입니다. 헬리컬 기어는 헬리컬 기어 가공 공정을 통해 얻습니다. 플라스틱, 시멘트 및 고무 생산에 사용되며 베벨 기어 가공 공정의 단점을 제거합니다.
샤프트에 각도를 맞춰 고정되므로 작동 중에 여러 개의 이빨이 접촉하여 더 많은 하중을 견딜 수 있습니다.
나선형 기어에서 이빨은 샤프트와 평행하지 않고 50도 미만의 각도로 기울어집니다. 이 특정 유형의 기어는 스퍼 기어보다 더 강력하고 소음이 적습니다. 나선형 기어의 주요 기능은 속도 감소입니다.
베벨 기어
베벨 기어는 자동차, 제철소, 발전소, 냉각탑과 같은 응용 분야에서 사용됩니다. 두 샤프트 사이의 축이 각도로 교차할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 샤프트에 전력이 들어오는 x축 방향 대신 y축 방향으로 적용해야 하는 경우, 전체 힘을 원하는 방향으로 향하게 하는 것은 베벨 기어에 있습니다.
헤링본 기어
헤링본 기어는 종종 "더블 헬리컬"이라고 불립니다. 이는 동일한 기어에 배치된 두 개의 헬리컬 기어처럼 보이기 때문입니다. 헤링본 기어는 평행한 샤프트 간에 동력을 전달하는 데 사용됩니다.
따라서 나선형 기어의 하이엔드 추력은 헤링본 기어 디자인을 탄생시켰습니다. 헤링본 기어는 소음을 줄이고 부드럽게 작동합니다.
기계 가공에서 기어의 중요성은 무엇인가?
우리는 움직이는 부품이 있는 거의 모든 기계에 기어가 있다는 사실을 무시할 수 없습니다. 따라서 중요한 질문은 기어가 중요한지 여부가 아니라 얼마나 중요한지입니다. 기계 가공에서 기어가 하는 역할 중 일부는 다음과 같습니다.
회전 속도 설정
전기 천장 선풍기의 손잡이를 돌리거나 자동차의 스로틀을 밟을 때마다 두 경우 모두 모터와 엔진이 가동됩니다. 하지만 결국 속도를 높이기 위해 가동되는 것은 기어입니다.
전원 방향 변경
기어를 사용하는 기계는 종종 기계가 다른 방향으로 움직여야 합니다. 기어가 없으면 이를 달성하기 어려울 것입니다. 가공된 기어는 회전 운동의 방향을 변경하여 회전력을 한 방향에서 다른 축을 따라 재지정하는 데 도움이 됩니다.ff
송신 전력
동력 전달은 기계 가공에서 기어의 기본적인 중요성 중 하나입니다. 그것은 동력과 운동이 기계 전체에 고르게 분산되도록 보장합니다.
토크 변경
기계 가공에 있어서 기어의 또 다른 중요성은 출력 토크를 높이거나 낮추고, 모터의 속도를 변경한다는 것입니다.
기어 가공의 응용
로봇공학
로봇은 몇 가지 메커니즘에 의해 설계됩니다. 기어가 내장되지 않으면 로봇이 움직이는 것은 불가능합니다. 기어는 로봇의 움직임을 지원하고 움직임의 정확성을 달성하는 데 도움이 됩니다.
산업 기계
트랙터, 굴삭기 또는 포크리프트 트럭과 같은 산업용 기계에서 볼 수 있는 모든 움직임은 기계 구조에 다양한 종류의 가공 기어가 내장되어 발생합니다. 생산과 출력을 향상시키기 위해 최대 효율로 중장비 작업을 수행하기 위해 이러한 산업용 기계는 까다로운 환경에서 작동할 수 있는 기어를 사용합니다.
우주항공
항공우주 제조에서 기어는 가장 중요한 속성 중 하나입니다. 기어는 다양한 주요 용도를 가지고 있으며, 항공기가 이륙, 착륙 또는 기동을 쉽게 할 수 있도록 돕습니다. 기어는 또한 비행 장치의 엔진과 프로펠러 사이의 동력 전달 장치 역할을 합니다.
자동차
자동차 제조에서 기계로 가공된 기어는 움직임을 가능하게 하고 속도를 높이기 위해 설치됩니다. 자동차와 트럭과 같은 자동차 기계에 설치된 다양한 유형의 기어로, 고유한 역할을 합니다.
예를 들어, 스퍼 기어는 유압 유체를 일정하게 전달하는 데 도움이 되는 유압 펌프를 만드는 데 사용됩니다.
의료 장비
병원 및 기타 의료 시설에서 사용되는 일부 고도로 기술적인 의료 기계는 기계 가공 기어 및 CNC 가공으로 구동됩니다. 의료 부품. 예를 들어, 외과의가 다양한 수술을 수행하는 데 도움이 되는 다빈치 수술용 로봇 시스템과 같은 로봇은 관절과 다른 부위에 기계로 가공된 기어를 내장하여 쉽게 움직일 수 있습니다.
기어 가공의 몇 가지 일반적인 제한 사항
기어 가공에는 흥미로운 장점이 몇 가지 있지만, 이와 관련된 함정도 몇 가지 있습니다. 이러한 함정과 이를 피하는 방법을 아는 것은 필수적입니다. 다음은 몇 가지 과제, 일반적인 원인 및 이를 방지하는 방법입니다.
- 표면 침식: 이는 윤활이 부족하거나 표면 압력이 과도한 경우 발생합니다. 윤활제를 바르고 기어 설계를 검토하여 응력 분포를 개선합니다.
- 기어 변형: 가공 중 과열로 인해 발생할 수 있습니다. 가공 중 열 팽창을 방지하려면 절단 온도를 제어하고 냉각 기술을 사용하십시오.
- 피치 오류: 이는 기계에서 제대로 보정되지 않은 원치 않는 움직임이 발생하여 부정확한 절단으로 이어질 때 발생할 수 있습니다. 정확한 측정을 위해 기계가 항상 단단해야 합니다.
- 기어 이빨 런아웃: 이는 일반적으로 기어 블랭크의 잘못된 정렬 또는 결함으로 인해 발생합니다. 이 문제가 커지는 것을 방지하려면 블랭크를 중앙에 정확하게 설정하고 기어 이빨 가공 전에 기계를 교정해야 합니다.
- 과도한 버: 이것은 무딘 도구를 사용하거나 잘못된 속도로 절단할 때 발생할 수 있습니다. 절단 속도를 조정하고 필요한 도구를 사용하면 과도한 버가 없어집니다.
- 프로필 편차: 절삭 공구가 잘못된 위치에 있을 때 이는 어려울 수 있습니다. 공구의 위치를 확인하고 절삭 중에 정확한지 확인하십시오.
맺음말
지금까지 이 글을 읽으셨다면 기어 가공에 대한 흥미로운 사실과 이 모든 기술이 어떻게 활용되는지 이미 알고 계실 겁니다.
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