베벨 기어

베벨 기어(bevel gear)는 두 축의 축이 교차하고 기어 자체의 이가 원뿔형으로 생긴 톱니바퀴이다. 베벨 기어는 대부분 서로 90도 떨어진 축에 장착되지만, 다른 각도에서도 작동하도록 설계될 수 있다. 베벨 기어의 피치 곡면은 원뿔이며, 피치 원뿔로 알려져 있다. 베벨 기어는 회전 동력 전달의 회전축을 변경하며 기계 장치에서 널리 사용된다.

섬네일|200px|롤러 셔터 도어의 베벨 기어.
섬네일|200px|작동 각도에 관계없이 기어 축은 교차해야 한다 (점 O에서)
섬네일|200px|베벨 기어가 중앙 나사를 사용하여 수문을 들어 올린다.
섬네일|샤프트 구동 자전거의 뒷바퀴에 있는 베벨 링 기어
섬네일|나선형 베벨 기어

개요
기어링에서 두 가지 중요한 개념은 피치 곡면과 피치 각이다. 기어의 피치 곡면은 개별 이의 봉우리와 골짜기를 평균화하여 얻는 가상의 이 없는 표면이다. 일반 기어의 피치 곡면은 원통형이다. 기어의 피치 각은 피치 곡면의 면과 축 사이의 각도이다.

가장 흔한 종류의 베벨 기어는 피치 각이 90도 미만이므로 원뿔형이다. 이 유형의 베벨 기어는 기어 이가 바깥쪽을 향하므로 외접이라고 불린다. 맞물린 외접 베벨 기어의 피치 곡면은 기어 축과 동축이다. 두 곡면의 정점은 축 축의 교차점에 있다.

진정한 베벨 기어의 사용은 다른 어떤 예비 부품보다 차축의 신뢰성에 더 큰 중요성을 갖는다.
피치 각이 90도보다 큰 베벨 기어는 이가 안쪽을 향하며 내접 베벨 기어라고 불린다.

피치 각이 정확히 90도인 베벨 기어는 이가 축과 평행하게 바깥쪽을 향하며 왕관의 점과 유사하여 크라운 기어라는 이름이 붙었다.
섬네일|하이포이드 베벨 기어

 마이터 기어 
섬네일|마이터 기어
마이터 기어는 이의 수가 같은 베벨 기어의 특별한 경우이다. 축은 서로 직각으로 위치하며, 기어는 원뿔형 피치 곡면을 가진 일치하는 피치 곡면과 각도를 갖는다.

마이터 기어는 1:1 비율로 90도 각도로 회전 운동을 전달하는 데 유용하다.

베벨 기어의 기하학적 구조
섬네일|1927년 시트로엥이 미르제요비체 수력 발전소를 위해 만든 이중 나선형 베벨 기어

원통형 기어 이 프로파일은 인벌류트(즉, 원의 둘레에 투영된 삼각파)에 해당하지만, 베벨 기어 이 프로파일은 옥토이드 (즉, 구의 원의 법선 경로에 투영된 삼각파)이다.
모든 전통적인 베벨 기어 생성기(예: 글리슨, 클링겔른베르크, 하이덴라이히 & 하르베크, WMW 모듈)는 옥토이드 이 프로파일을 가진 베벨 기어를 제조한다.
중요: 5축 밀링 베벨 기어 세트의 경우, 기존 제조 방법과 동일한 계산/레이아웃을 선택하는 것이 중요하다.
인벌류트 이 형태를 가진 정상 단면에서 등가 원통형 기어를 기반으로 간소화하여 계산된 베벨 기어는 옵셋 없이 10-28%, 옵셋이 있는 경우 45% 감소된 이 강도를 가진 편향된 이 형태를 보인다 [Hünecke 박사 논문, TU 드레스덴].
또한 이러한 "인벌류트 베벨 기어 세트"는 더 많은 소음을 유발한다.

이
이 모양에 관한 두 가지 문제가 있다. 하나는 개별 이의 단면 프로파일이다. 다른 하나는 이가 기어면에 놓이는 선 또는 곡선이다. 즉, 단면 프로파일이 투영되어 이의 실제 3차원 모양을 형성하는 선 또는 곡선이다. 단면 프로파일과 이 선 또는 곡선 모두의 주요 효과는 기어 작동의 부드러움에 있다. 일부는 다른 것보다 더 부드러운 기어 동작을 유발한다.

이 선
베벨 기어의 이는 직선, 나선 또는 "제로올"일 수 있다.

직선 이 선
직선 베벨 기어에서 이는 직선이며 원뿔의 생성기와 평행하다. 이것은 베벨 기어의 가장 간단한 형태이다. 원통형이 아닌 원뿔형이라는 점만 빼면 스퍼 기어와 유사하다. 수문 사진의 기어는 직선 베벨 기어이다. 직선 베벨 기어 세트에서 각 이가 맞물릴 때 해당 이에 충격을 주며, 기어 이를 단순히 구부리면 문제를 해결할 수 있다.

나선형 이 선

나선형 베벨 기어는 이가 나선형 선을 따라 형성된다. 이는 이가 비스듬하게 되어 있다는 점에서 원통형 헬리컬 기어와 다소 유사하다. 그러나 나선형 기어에서는 이도 곡선이다.

직선 이에 비해 나선형 이의 장점은 더 점진적으로 맞물린다는 것이다. 이 사이의 접촉은 기어의 한쪽 끝에서 시작하여 전체 이에 걸쳐 퍼진다. 이는 새로운 이 쌍이 맞물릴 때 힘의 전달이 덜 갑작스럽게 이루어지게 한다. 직선 베벨 기어는 갑작스러운 이 맞물림으로 인해 특히 고속에서 더 많은 소음과 이에 대한 충격 응력을 유발하여 고속에서 무거운 하중을 파손 없이 견딜 수 없게 만든다. 이러한 이유로 직선 베벨 기어는 일반적으로 분당 1000피트 미만의 선형 속도에서 사용이 제한되거나, 작은 기어의 경우 분당 1000rpm 미만에서 사용이 제한된다.Doughty and Vallance, Design of Machine Members.

제로올 이 선
제로올 베벨 기어는 직선 베벨 기어와 나선형 베벨 기어 사이의 중간 유형이다. 이가 곡선이지만 각이 지지는 않았다. 제로올 베벨 기어는 직선 베벨 기어의 특성을 재현할 목적으로 설계되었지만, 나선형 베벨 절삭 공정을 사용하여 생산된다.

 베벨 기어 제조 

기어 제조 공정에 사용되는 재료

섬네일|upright|베벨 기어

응용
베벨 기어는 기관차, 해양 응용, 자동차, 인쇄기, 냉각탑, 발전소, 제철소, 철도 트랙 검사 기계 등 다양한 응용 분야를 가지고 있다.

예시는 다음 글을 참조:
 베벨 기어는 차동 기어 구동 장치에 사용되며, 코너링하는 자동차와 같이 다른 속도로 회전하는 두 개의 축에 동력을 전달할 수 있다.
 베벨 기어는 수동 드릴의 주요 메커니즘으로 사용된다. 드릴의 손잡이를 수직 방향으로 돌리면 베벨 기어가 척의 회전을 수평 회전으로 변경한다. 수동 드릴의 베벨 기어는 척의 회전 속도를 증가시키는 추가적인 이점을 가지며, 이는 다양한 재료를 드릴링할 수 있게 한다.
 나선형 베벨 기어는 회전익 항공기 구동 시스템의 중요한 구성 요소이다. 이러한 구성 요소는 고속, 고하중 및 많은 수의 하중 주기에서 작동해야 한다. 이 응용 분야에서 나선형 베벨 기어는 수평 가스 터빈 엔진에서 수직 로터로 샤프트를 재경로하는 데 사용된다. 베벨 기어는 속도 감속기로도 사용된다.
섬네일|200px|도르드레흐트의 곡물 공장에 있는 베벨 기어. 기어 중 하나에 나무 이 삽입물이 있음에 유의.

장점
 이 톱니바퀴는 작동 각도를 변경할 수 있게 한다.
 각 휠의 이의 수(실제 직경)가 다르면 기계적 확대율을 변경할 수 있다. 구동 휠과 피구동 휠 사이의 이 비율을 증가시키거나 감소시킴으로써 두 휠 사이의 회전 비율을 변경할 수 있으며, 이는 두 번째 휠의 회전 구동력과 돌림힘이 첫 번째 휠에 비해 변경될 수 있음을 의미한다. 속도가 증가하면 돌림힘이 감소하고, 속도가 감소하면 돌림힘이 증가한다.

단점
 이러한 기어의 한 휠은 보완 휠과만 작동하도록 설계되며 다른 휠과는 작동하지 않는다.
 정밀하게 장착되어야 한다.
 축의 베어링은 상당한 힘을 지탱할 수 있어야 한다.

 같이 보기 
 크라운 기어
 피치 원뿔
 앞 원뿔
 뒤 원뿔

 각주 

 외부 링크 



분류:톱니바퀴