신개선 톱니바퀴

이 상황에서는 반대쪽 [왼쪽 아래에서 오른쪽 위로] 공통 접선(표시되지 않음)을 따라 힘이 없고 따라서 접촉도 필요하지 않다. 즉, 다른 모든 것은 동일하게 유지하면서 톱니가 약간 더 좁다면 왼쪽 기어의 각 톱니 위에 틈이 생길 것이다. 이는 아래쪽 힘이 그에 의해 가해지고 있기 때문이다.
섬네일|원 표면에서 신개선 곡선을 구성하는 과정; 이는 디스크에서 풀리는 끈의 끝점이 그리는 경로로 볼 수 있다. 신개선 기어 톱니는 필렛 등과 같은 재료 허용 오차로 인해 정확히 이 모양이 아니다.

신개선 톱니바퀴 또는 인벌류트 기어(involute gear) 프로파일은 오늘날 톱니바퀴에 가장 일반적으로 사용되는 시스템이며, 사이클로이드 톱니바퀴는 시계와 같은 일부 특수 분야에 여전히 사용된다. 신개선 톱니바퀴에서 톱니의 프로파일은 원의 신개선이다. 원의 신개선은 기초원이라고 불리는 정지된 원에서 스스로 풀리는 가상의 팽팽한 끈의 끝이 그리는 나선형 곡선, 또는 (동등하게) 원주에 투영된 삼각파이다.
장점 및 설계
때때로 레온하르트 오일러의 공로로 여겨지는 신개선 톱니바퀴 프로파일은 기계 설계에 있어 근본적인 진보였다. 다른 기어 시스템과 달리 신개선 톱니바퀴의 톱니 프로파일은 톱니의 수, 압력각 및 피치에만 의존하기 때문이다. 즉, 기어의 프로파일은 맞물리는 기어에 의존하지 않는다. 따라서 주어진 압력각과 피치를 가진 n 및 m 톱니 신개선 스퍼 기어는 n과 m에 관계없이 올바르게 맞물린다. 이는 제조 및 재고로 유지해야 하는 기어의 형태 수를 극적으로 줄여준다.

신개선 톱니바퀴 설계에서 한 쌍의 기어 톱니 간의 접촉은 동일한 나선 방향의 두 신개선이 만나는 단일 순간 점(오른쪽 그림 참조)에서 발생한다. 톱니의 다른 쪽 측면의 접촉은 두 신개선이 다른 나선 방향인 곳이다. 기어의 회전은 이 접촉점의 위치를 해당 톱니 표면을 가로질러 이동시킨다. 곡선의 어떤 점에서의 접선은 기어의 장착 거리에 관계없이 생성선에 수직이다. 따라서 힘의 선은 생성선을 따르며, 두 기초원에 접하며, 톱니바퀴#작용선 (압력선 또는 접촉선이라고도 함)으로 알려져 있다. 이것이 사실일 때, 기어는 기어링의 기본 법칙을 따른다:Norton, R.L., 2006, Machine Design: An Integrated Approach, 3rd Ed, Pearson/Prentice-Hall, 
기어 세트의 두 기어 간의 각속도 비율은 맞물림 전체에서 일정하게 유지되어야 한다.
이 속성은 톱니 쌍이 맞물리거나 분리될 때 최소한의 속도 또는 토크 변동으로 원활한 동력 전달을 위해 필요하지만, 저속 기어링에는 필요하지 않다.
작용선과 접촉
작용선이 두 중심 사이의 선을 가로지르는 점을 기어의 피치점이라고 한다. 이 지점에서는 슬라이딩 접촉 마찰이 0이다.

작용선에서 실제로 커버되는 거리는 접촉선이라고 불린다. 접촉선은 작용선과 피동 기어의 머리원 사이의 교점에서 시작하여 작용선과 구동 기어의 머리원 사이의 교점에서 끝난다.

압력각은 작용선과 기어 중심을 연결하는 선에 대한 법선 사이의 예각이다. 기어의 압력각은 신개선 모양의 위치에 따라 달라지지만, 톱니가 제대로 맞물리려면 기어 쌍은 동일한 압력각을 가져야 하므로 신개선의 특정 부분이 일치해야 한다.

압력각
어떤 압력각도 제조할 수 있지만, 가장 일반적인 재고 기어는 20°의 압력각을 가지며, 14½° 및 25° 압력각 기어는 훨씬 덜 일반적이다.Juvinall, R.C. and K.M. Marshek, 2006, Fundamentals of Machine Component Design, 4th Ed, Wiley, , p. 598 압력각을 증가시키면 기어 톱니 바닥의 폭이 증가하여 강도와 하중 전달 능력이 향상된다. 압력각을 감소시키면 백래시가 줄어들고, 더 부드러운 작동과 제조 오류에 대한 민감도가 감소한다.Boston Gear Company, Open Gearing Catalog, http://bostongear.com/products/open-gearing/stock-gears/spur-gears/spur-gears
신개선 기어의 종류
가장 일반적인 재고 기어는 직선 톱니가 있는 스퍼 기어이다. 더 높은 강도가 요구되는 응용 분야에 사용되는 대부분의 기어는 톱니의 나선 방향이 다르고 기어가 반대 방향으로 회전하는 헬리컬 신개선 기어이다. 비신개선 곡선 프로파일을 가진 톱니를 가진 기어에 대한 연구도 수행되었다.

헬리컬 신개선 기어는 톱니의 나선 방향이 동일하고, 두 신개선의 나선 방향이 다르며, 작용선이 기초원의 외부 접선(일반적인 벨트 드라이브와 유사하며, 일반 기어는 크로스 벨트 드라이브와 유사함)이고, 기어가 같은 방향으로 회전하는Professor Jacques Maurel, "Paradoxical Gears", http://www.jacquesmaurel.com/gears 제한된 상황에서만 사용된다. 이는 차동 기어Jacques Mercier, Daniel Valentin US Patent 4831890Arthur J. Fahy, Neil Gillies US Patent 5071395의 낮은 효율성 때문에, 그리고 효율성이 0보다 작을 때 잠금 차동 장치에서 사용된다.

 각주 

분류:톱니바퀴