복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형: 스퍼기어를 사용해서 고속 또는 저속으로 회전하는 운동 만들기~기계공학 기구학 실습

복식 스퍼기어열 기구(Compound Spur Gear Train Mechanism)

복식 스퍼기어열 기구는 한쌍 이상의 스퍼 기어(Spur Gear)가 맞물려 동력을 전달합니다. 단순한 기어열(단식 기어열)과 달리 여러 개의 기어가 중첩되어 동력 전달 경로, 속도, 회전력을 확장하거나 회전 방향을 바꾸는 기능을 합니다.
이 기구는 입력 기어(구동 기어)에서 출력 기어(종동 기어)로 동력을 전달하며, 중간 기어(아이들 기어)를 포함할 수 있어 동력의 흐름을 조정할 수 있습니다. 이를 통해 회전 방향을 바꾸거나, 원하는 기어비나 속도비를 설정할 수 있어 변속이 필요한 기계 장치에서 유용하게 사용됩니다.

복식 스퍼기어열 기구의 구조 및 원리

복식 스퍼기어열 기구는 여러 개의 스퍼 기어로 이루어지며, 각 기어는 특정한 역할을 수행합니다.
 
1. 구동 기어(입력 기어)
최초의 동력 입력 기어.
2. 중첩 기어(Compound Gear)
동일 축 위에 서로 다른 크기의 기어 두 개 이상이 고정된 상태.
한 기어에서 전달받은 동력을 동일한 축을 통해 다른 기어로 전달.
이 과정에서 속도비 및 토크 변환이 추가로 이루어짐.
3. 종동 기어(출력 기어)
중첩 기어에서 최종적으로 동력을 전달받아 최종 출력이 이루어지는 기어.

복식 스퍼기어열 기구의 특징 및 장점

1. 정확한 속도비 유지
기어 간 미끄러짐이 없기 때문에, 정확한 속도비를 유지하며 일정한 동력 전달이 가능합니다.
2. 변속 기능 제공 가능
여러 개의 기어를 사용하여 속도와 토크를 다양하게 조절할 수 있습니다.
자동차 변속기나 정밀 기계에서 유용하게 활용됩니다.
3. 회전 방향 변경 가능
아이들 기어를 추가하면 입력 기어와 같은 방향 또는 반대 방향으로 출력 기어를 회전할 수 있습니다.
4. 긴 거리의 동력 전달 가능
축 간 거리가 먼 경우에도 중간 기어를 추가하여 효율적으로 동력을 전달할 수 있습니다.
5. 높은 내구성 및 강한 부하 지지력
기어는 금속으로 제작되어 고온, 고하중 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다.

복식 스퍼기어열 기구의 한계점 및 고려사항

1. 소음 및 진동 발생 가능
기어가 맞물리는 과정에서 충격이 발생하여 고속 회전 시 소음과 진동이 증가할 수 있습니다.
2. 축 정렬이 필수적
기어의 축이 정확하게 정렬되지 않으면 마찰 손실과 기어 손상이 발생할 수 있으므로, 정밀한 조립이 필요합니다.
3. 기어 마모 및 윤활 필요
기어 간 지속적인 접촉으로 인해 마모가 발생하며, 정기적인 윤활과 유지보수가 필요합니다.

---

E 모형 소개

기계공학 기구학 실습용 키트, A부터 Z까지 26종 메커니즘 모형 중 5번째는 E 모형입니다.

복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형의 3D 모델링

◎ 특성

구분	내용
이름 (별명)	E
No	M81-1b2
구조	복식 스퍼기어열
기능	회전운동 <--> 회전운동 가속운동 감속운동
부품수	12개

 

◎ 특징

복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형의 3D 프린팅

 
● 복식 스퍼기어열 기구를 활용하여 속도 범위를 크게 확장(Expansion) 시키는 E 모형입니다.
● 한 쌍의 스퍼기어를 복식으로 조합하여 높은 가속비 또는 감속비를 효율적으로 얻을 수 있습니다.
● 분홍색 기어와 노란색 기어를 같은 축을 사용하여 복식으로 연결했고 이를 통해 높은 기어비를 구현할 수 있습니다. 기어의 잇수는 초록색 기어와 노란색 기어가 각각 30개이며, 분홍색 기어와 빨간색 기어는 각각 15개입니다.
● 1:4의 기어비를 적용하면 출력 속도는 입력 속도의 4배로 증가하지만, 회전력(토크)은 1/4로 감소하게 됩니다. 반대로 입력과 출력을 변경하여 4:1의 기어비를 적용할 경우, 속도는 1/4로 줄어들고 회전력은 4배로 증가합니다.

◎ 작동

1		입력	출력
	부품	초록색 스퍼기어	빨간색 스퍼기어
	운동	회전운동	회전운동
	잇수	30	15
	회전수	1	4
	속도	1	4
	회전력	1	1/4

복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형의 3D 프린팅

 

① 초록색 기어가 시계방향으로 1회 회전운동을 합니다.
② 분홍색 기어는 반시계방향으로 2회 회전운동을 합니다.
③ 분홍색 기어와 같은 축을 사용하고 있는 노란색 스퍼기어도 반시계방향으로 2회 회전운동을 합니다.
④ 빨간색 기어는 시계방향으로 4회 회전운동을 합니다.
 

2		입력	출력
	부품	빨간색 스퍼기어	초록색 스퍼기어
	운동	회전운동	회전운동
	잇수	15	30
	회전수	1	1/4
	속도	1	1/4
	회전력	1	4

 

복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형의 3D 프린팅

 
입력과 출력을 바꾸면?
 
①빨간색 기어가 시계방향으로 1회 회전운동을 합니다.
② 노란색 기어는 반시계방향으로 1/2회 회전운동을 합니다.
③ 노란색 기어와 같은 축을 사용하고 있는 분홍색 기어도 반시계방향으로 1/2회 회전운동을 합니다.
④ 초록색 기어는 시계방향으로 4회 회전운동을 합니다.

◎ 조립 및 작동영상

복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형의 부품 리스트

반응형

기계꽁학 기구학 실습용 26종 메커니즘 모형 중 복식 스퍼기어열 기구를 활용한 E 모형

◎ 관련 모형

S 모형

---

복식 스퍼열 기구의 응용 분야

복식 스퍼기어열 기구는 정확한 속도비 유지와 높은 동력 전달 효율을 바탕으로 다양한 산업에서 활용되는 핵심적인 기계 요소입니다. 이 기구는 여러 개의 스퍼 기어가 맞물려 동력을 전달하며, 기어비를 조정하여 속도와 회전력(토크)를 효과적으로 변환할 수 있는 특성을 가지고 있습니다.

1. 자동차 변속기(기어박스)

복식 스퍼기어열 기구는 자동차 변속기에서 속도 조절과 변속 기능을 수행하는 중요한 역할을 합니다. 여러 개의 기어를 조합하여 다양한 기어비를 구현할 수 있으며, 이를 통해 차량이 주행 상황에 맞춰 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 도와줍니다. 이러한 기어 변속 시스템은 연료 효율을 높이고, 원활한 가속과 감속을 가능하게 하며, 차량의 주행 성능을 최적화하는 데 필수적입니다.

2. 산업용 기계 및 로봇 시스템

산업용 기계 및 로봇 시스템에서는 정밀한 동력 전달이 필수적이며, 복식 스퍼기어열 기구를 활용하여 원하는 속도와 토크를 조절할 수 있습니다. 자동화된 생산 공정에서는 기어비를 세밀하게 조정하여 일정한 속도로 정밀한 작업을 수행할 수 있도록 보조합니다. 이를 통해 기계 장비의 효율성과 정밀도를 높일 수 있습니다.

3. 공작 기계 및 CNC 기계

공작 기계 및 CNC(컴퓨터 수치 제어) 기계에서도 복식 스퍼기어열 기구가 중요한 역할을 합니다. 정밀한 부품 가공을 위해서는 속도와 토크를 조절할 수 있는 기어 시스템이 필요하며, 다양한 크기의 기어를 조합하여 원하는 가공 조건을 설정할 수 있습니다. 이를 통해 공작 기계가 다양한 재료를 가공할 때 필요한 속도와 토크를 효율적으로 조정할 수 있습니다.

4. 항공 및 우주 산업

항공기 엔진과 위성 구동 장치에서는 높은 신뢰성과 정밀한 동력 전달이 요구되며, 복식 스퍼기어열 기구가 필수적으로 사용됩니다. 특히, 극한의 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 설계되어야 하며, 고품질의 정밀 가공된 기어가 필요합니다. 이러한 특성 덕분에 항공 및 우주 산업에서는 고속 회전이 필요한 장치나 저속이 요구되는 장치에 맞춰 기어비를 조절하여 최적의 동력 전달을 구현합니다.

5. 다양한 기어비 조정 및 폭넓은 응용 가능성

복식 스퍼기어열 기구는 토크와 속도를 큰 범위에서 효과적으로 조정할 수 있기 때문에, 다양한 기어비 조합을 통해 고속 및 저속 회전이 필요한 장치에 폭넓게 응용됩니다. 필요에 따라 한 쌍 이상의 스퍼기어를 세 개 이상 조합하면 고속 회전이 필요한 장치나 강한 토크가 요구되는 저속 회전 장치에도 효과적으로 활용할 수 있습니다.
 
1) 기어비 1:125 --> 가속

[M81 응용 p.199][레고 테크닉][메커니컬 에듀토이][복식 기어열] 기어비가 1:125인 "복식 기어열" 모

 

2) 기어비 625:1 --> 감속

소형DC모터와 기어비(토크비)가 625:1인 기어박스를 사용해서 얼마나 큰 토크(회전력)을 만들 수

 

6. 토이(장난감) : 신기한 고무줄(탄성) 자동차

​머리를 눌렀다가 떼면 랙기어에 연결된 스퍼기어가 회전한 각도보다 바퀴가 더 많이 회전할수 있도록 복식 스퍼기어열 메커니즘을 사용합니다.

3d프린터로 만든 캐릭터 모양의 신기한 고무줄 자동차 "눌러떼"를 소개합니다 [3d모델링 3d프린팅

---

요약

복식 스퍼기어열 기구는 여러 개의 스퍼 기어를 조합하여 동력을 효율적으로 전달하고, 속도 및 토크 변환, 회전 방향 제어 등의 기능을 수행하는 기계적 메커니즘입니다.
기어의 배치와 기어비 조정을 통해 다양한 산업에서 정밀한 동력 전달이 가능하며, 높은 내구성과 안정성을 바탕으로 광범위하게 활용됩니다. 하지만 소음과 진동이 발생할 수 있고, 축이 정확하게 정렬되지 않으면 문제가 생길 수 있습니다. 또한, 여러 단계의 기어를 사용할 경우 효율이 떨어질 수도 있습니다. 따라서 기어를 설계할 때는 적절한 윤활과 정밀한 조립이 매우 중요합니다.