용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FAFAFAFA

2004 09 202004 09 202004 09 202004 09 20

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원

지원기업 주 신기기연지원기업 주 신기기연지원기업 주 신기기연지원기업 주 신기기연 ( ) ( ) ( ) ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 2222

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 용 고속고정밀 감속기 생산기술지원 지원기간ldquoFA rdquo( 2003 9 1 ~

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다2004 8 31)

2004 09 202004 09 202004 09 202004 09 20

지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원 ( ) ( ) ( ) ( )

대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )

지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

대표자 김 도 우대표자 김 도 우대표자 김 도 우대표자 김 도 우( )( )( )( )

지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대

참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남

- 3 -

관리번호

종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조 정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

기술지원

요청내용

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 년전부터 설계를 시작하여FA 2

수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 치차열 시스템을 설계하기

위해서는 최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술 기구학적

해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족함

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

기술지원

내용 실적( )

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성(RPM)

감속기의 생산을 위하여 고 정도의 속도 및 동력 전달을 하기 위한

유성치차 설계 및 제작기술 제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등 생산 공정에서의

절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법

및 절차 운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

종합의견

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감

품질향장 성능 및 내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히

달성되었으며 한국기계연구원과 당사간의 긴밀한 협조와 끊임없는

노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력 확보에 큰

밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과

설계 및 해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의

성공적인 수행으로 인하여 대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라

수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에 조금이나마 일조를 할 수

있을 것으로 사료된다

지원기업 대표 김 도우

기술책임자 유 환기

최종 평가의견 매우우수 우수 보통 미흡 매우미흡

- 4 -

관리번호

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수행에18

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다

첨 부 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부1 ( ) 5

기술지원성과보고서 부2 5

년 월 일2004 09 20

작성자 지 원 책 임 자( ) 조 정 대

지원기관장 한국기계연구원장( ) 박 화 영

확인자 지원기업 대표( ) 김 도 우

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하

- 5 -

첨부 서식첨부 서식첨부 서식첨부 서식[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1111

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성 감속기의 생산을(RPM)

위하여 고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술 제조공정

및 공작기계의 치구설계와 제작 소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등

생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차 운용과

유지 및 보수관련 기술을 지원함

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2222

용 고속 고정밀 감속기의 제조공정에서의 문제점을 개선하는 기술 지원을 통하여FA

정상적인 작동 및 규격에 요구하는 성능을 가질 수 있도록 하며 감속기 고속 및

고정도 제어성을 높이기 위한

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

치차의 변위와 궤적 유성치차지지 축에 작용하는 하중-

운전변수인 회전수에 따른 해석에 필요한 기술지원-

지원실적지원실적지원실적지원실적3333

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석

최근 기술동향 및 특허동향

미파악신기술 및 특허동향 파악

감속기 성능시험규격 및

시험방법 분석규격에 준한 성능평가 불가능 규격에 준한 성능평가 가능

유성치차 설계 및 가공기술 특수가공능력불가양산생산을 위한 공정설계로

생산 능력 향상

역설계 및 모델링3D 조립시의 문제점 파악불가 조립시 문제점 파악 및 보완

시스템 구조해석 및 분석 구조해석 불가능해석 및 설계 관련 자체 기술력

향상

성능 시험 및 평가기술 결과분석 수정보완 방법 불가능 시험방법 및 절차 정립

고장원인 분석 및

해결방법제안

밸브의 구조적인 문제점SMT

수정불가능밸브의 성능개선 기술 확보SMT

기업기술자의 현장기술교육기술자들의 계측기사용법 및

정자장 유동특성 미파악

계측기 사용법 및 정자장

유동특성 해석기법 확보

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 2 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 2222

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 용 고속고정밀 감속기 생산기술지원 지원기간ldquoFA rdquo( 2003 9 1 ~

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다2004 8 31)

2004 09 202004 09 202004 09 202004 09 20

지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원지원기관 기관명 한국기계연구원 ( ) ( ) ( ) ( )

대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )

지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연지원기업 기업명 주 신기기연 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

대표자 김 도 우대표자 김 도 우대표자 김 도 우대표자 김 도 우( )( )( )( )

지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대지원책임자 조 정 대

참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남참여연구원 윤 소 남

- 3 -

관리번호

종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조 정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

기술지원

요청내용

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 년전부터 설계를 시작하여FA 2

수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 치차열 시스템을 설계하기

위해서는 최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술 기구학적

해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족함

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

기술지원

내용 실적( )

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성(RPM)

감속기의 생산을 위하여 고 정도의 속도 및 동력 전달을 하기 위한

유성치차 설계 및 제작기술 제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등 생산 공정에서의

절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법

및 절차 운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

종합의견

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감

품질향장 성능 및 내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히

달성되었으며 한국기계연구원과 당사간의 긴밀한 협조와 끊임없는

노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력 확보에 큰

밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과

설계 및 해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의

성공적인 수행으로 인하여 대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라

수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에 조금이나마 일조를 할 수

있을 것으로 사료된다

지원기업 대표 김 도우

기술책임자 유 환기

최종 평가의견 매우우수 우수 보통 미흡 매우미흡

- 4 -

관리번호

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수행에18

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다

첨 부 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부1 ( ) 5

기술지원성과보고서 부2 5

년 월 일2004 09 20

작성자 지 원 책 임 자( ) 조 정 대

지원기관장 한국기계연구원장( ) 박 화 영

확인자 지원기업 대표( ) 김 도 우

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하

- 5 -

첨부 서식첨부 서식첨부 서식첨부 서식[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1111

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성 감속기의 생산을(RPM)

위하여 고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술 제조공정

및 공작기계의 치구설계와 제작 소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등

생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차 운용과

유지 및 보수관련 기술을 지원함

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2222

용 고속 고정밀 감속기의 제조공정에서의 문제점을 개선하는 기술 지원을 통하여FA

정상적인 작동 및 규격에 요구하는 성능을 가질 수 있도록 하며 감속기 고속 및

고정도 제어성을 높이기 위한

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

치차의 변위와 궤적 유성치차지지 축에 작용하는 하중-

운전변수인 회전수에 따른 해석에 필요한 기술지원-

지원실적지원실적지원실적지원실적3333

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석

최근 기술동향 및 특허동향

미파악신기술 및 특허동향 파악

감속기 성능시험규격 및

시험방법 분석규격에 준한 성능평가 불가능 규격에 준한 성능평가 가능

유성치차 설계 및 가공기술 특수가공능력불가양산생산을 위한 공정설계로

생산 능력 향상

역설계 및 모델링3D 조립시의 문제점 파악불가 조립시 문제점 파악 및 보완

시스템 구조해석 및 분석 구조해석 불가능해석 및 설계 관련 자체 기술력

향상

성능 시험 및 평가기술 결과분석 수정보완 방법 불가능 시험방법 및 절차 정립

고장원인 분석 및

해결방법제안

밸브의 구조적인 문제점SMT

수정불가능밸브의 성능개선 기술 확보SMT

기업기술자의 현장기술교육기술자들의 계측기사용법 및

정자장 유동특성 미파악

계측기 사용법 및 정자장

유동특성 해석기법 확보

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 3 -

관리번호

종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서종합기술지원사업 자체평가서사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조 정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

기술지원

요청내용

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 년전부터 설계를 시작하여FA 2

수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 치차열 시스템을 설계하기

위해서는 최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술 기구학적

해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족함

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

기술지원

내용 실적( )

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성(RPM)

감속기의 생산을 위하여 고 정도의 속도 및 동력 전달을 하기 위한

유성치차 설계 및 제작기술 제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등 생산 공정에서의

절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법

및 절차 운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

종합의견

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감

품질향장 성능 및 내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히

달성되었으며 한국기계연구원과 당사간의 긴밀한 협조와 끊임없는

노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력 확보에 큰

밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과

설계 및 해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의

성공적인 수행으로 인하여 대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라

수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에 조금이나마 일조를 할 수

있을 것으로 사료된다

지원기업 대표 김 도우

기술책임자 유 환기

최종 평가의견 매우우수 우수 보통 미흡 매우미흡

- 4 -

관리번호

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수행에18

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다

첨 부 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부1 ( ) 5

기술지원성과보고서 부2 5

년 월 일2004 09 20

작성자 지 원 책 임 자( ) 조 정 대

지원기관장 한국기계연구원장( ) 박 화 영

확인자 지원기업 대표( ) 김 도 우

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하

- 5 -

첨부 서식첨부 서식첨부 서식첨부 서식[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1111

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성 감속기의 생산을(RPM)

위하여 고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술 제조공정

및 공작기계의 치구설계와 제작 소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등

생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차 운용과

유지 및 보수관련 기술을 지원함

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2222

용 고속 고정밀 감속기의 제조공정에서의 문제점을 개선하는 기술 지원을 통하여FA

정상적인 작동 및 규격에 요구하는 성능을 가질 수 있도록 하며 감속기 고속 및

고정도 제어성을 높이기 위한

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

치차의 변위와 궤적 유성치차지지 축에 작용하는 하중-

운전변수인 회전수에 따른 해석에 필요한 기술지원-

지원실적지원실적지원실적지원실적3333

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석

최근 기술동향 및 특허동향

미파악신기술 및 특허동향 파악

감속기 성능시험규격 및

시험방법 분석규격에 준한 성능평가 불가능 규격에 준한 성능평가 가능

유성치차 설계 및 가공기술 특수가공능력불가양산생산을 위한 공정설계로

생산 능력 향상

역설계 및 모델링3D 조립시의 문제점 파악불가 조립시 문제점 파악 및 보완

시스템 구조해석 및 분석 구조해석 불가능해석 및 설계 관련 자체 기술력

향상

성능 시험 및 평가기술 결과분석 수정보완 방법 불가능 시험방법 및 절차 정립

고장원인 분석 및

해결방법제안

밸브의 구조적인 문제점SMT

수정불가능밸브의 성능개선 기술 확보SMT

기업기술자의 현장기술교육기술자들의 계측기사용법 및

정자장 유동특성 미파악

계측기 사용법 및 정자장

유동특성 해석기법 확보

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 4 -

관리번호

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 용 고속 고정밀 감속기 생산기술지원FA

지원책임자소속 한국기계연구원

성명 조정대지원기간

부터2003 09 01

까지2004 08 31

사업비 규모

총 백만원180

지원기관의

참여연구원

조정대

윤소남

정 부 출 연 금

기업부담금현금

현물

백만원90

백만원54

백만원36

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수행에18

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다

첨 부 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부1 ( ) 5

기술지원성과보고서 부2 5

년 월 일2004 09 20

작성자 지 원 책 임 자( ) 조 정 대

지원기관장 한국기계연구원장( ) 박 화 영

확인자 지원기업 대표( ) 김 도 우

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하

- 5 -

첨부 서식첨부 서식첨부 서식첨부 서식[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1111

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성 감속기의 생산을(RPM)

위하여 고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술 제조공정

및 공작기계의 치구설계와 제작 소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등

생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차 운용과

유지 및 보수관련 기술을 지원함

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2222

용 고속 고정밀 감속기의 제조공정에서의 문제점을 개선하는 기술 지원을 통하여FA

정상적인 작동 및 규격에 요구하는 성능을 가질 수 있도록 하며 감속기 고속 및

고정도 제어성을 높이기 위한

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

치차의 변위와 궤적 유성치차지지 축에 작용하는 하중-

운전변수인 회전수에 따른 해석에 필요한 기술지원-

지원실적지원실적지원실적지원실적3333

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석

최근 기술동향 및 특허동향

미파악신기술 및 특허동향 파악

감속기 성능시험규격 및

시험방법 분석규격에 준한 성능평가 불가능 규격에 준한 성능평가 가능

유성치차 설계 및 가공기술 특수가공능력불가양산생산을 위한 공정설계로

생산 능력 향상

역설계 및 모델링3D 조립시의 문제점 파악불가 조립시 문제점 파악 및 보완

시스템 구조해석 및 분석 구조해석 불가능해석 및 설계 관련 자체 기술력

향상

성능 시험 및 평가기술 결과분석 수정보완 방법 불가능 시험방법 및 절차 정립

고장원인 분석 및

해결방법제안

밸브의 구조적인 문제점SMT

수정불가능밸브의 성능개선 기술 확보SMT

기업기술자의 현장기술교육기술자들의 계측기사용법 및

정자장 유동특성 미파악

계측기 사용법 및 정자장

유동특성 해석기법 확보

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기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 5 -

첨부 서식첨부 서식첨부 서식첨부 서식[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1111

원하는 축의 속도 와 안정된 동력전달을 위한 고정도 및 고강성 감속기의 생산을(RPM)

위하여 고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술 제조공정

및 공작기계의 치구설계와 제작 소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법 등

생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적인

감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차 운용과

유지 및 보수관련 기술을 지원함

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2222

용 고속 고정밀 감속기의 제조공정에서의 문제점을 개선하는 기술 지원을 통하여FA

정상적인 작동 및 규격에 요구하는 성능을 가질 수 있도록 하며 감속기 고속 및

고정도 제어성을 높이기 위한

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작을 위한 기술-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법에 대한기술-

성능 및 내구성 증대 내부구조 및 기어 정밀 가공을 위한 기술-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

치차의 변위와 궤적 유성치차지지 축에 작용하는 하중-

운전변수인 회전수에 따른 해석에 필요한 기술지원-

지원실적지원실적지원실적지원실적3333

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석

최근 기술동향 및 특허동향

미파악신기술 및 특허동향 파악

감속기 성능시험규격 및

시험방법 분석규격에 준한 성능평가 불가능 규격에 준한 성능평가 가능

유성치차 설계 및 가공기술 특수가공능력불가양산생산을 위한 공정설계로

생산 능력 향상

역설계 및 모델링3D 조립시의 문제점 파악불가 조립시 문제점 파악 및 보완

시스템 구조해석 및 분석 구조해석 불가능해석 및 설계 관련 자체 기술력

향상

성능 시험 및 평가기술 결과분석 수정보완 방법 불가능 시험방법 및 절차 정립

고장원인 분석 및

해결방법제안

밸브의 구조적인 문제점SMT

수정불가능밸브의 성능개선 기술 확보SMT

기업기술자의 현장기술교육기술자들의 계측기사용법 및

정자장 유동특성 미파악

계측기 사용법 및 정자장

유동특성 해석기법 확보

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

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공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

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그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

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굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

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가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

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우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

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침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4444

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 고정밀 감속기 고속도비 감속기

모 델 명 외 다종 WG05-15P-010B-SP

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 심포공업 일본( ) 50100 90100

경쟁제품 대비 가격 심포공업 일본( ) 40100 70100

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년100 ( 35 )

인건비 절감 백만원 년100 ( 35 )

계 백만원 년200 ( 35 )

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년500 백만원 년1000 250

수 출 천달러 년500 천달러 년1000 500

계 백만원 년1100 백만원 년2200 750

참고) 중국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수츨 감속기 형 만원 억원(A ) 50 times400EA=2－

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

감속기WG Type 억원 년50 억원 년30 억원 년20

계 억원 년50 억원 년30 억원 년20

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

신제품 개발 국내 최초 제로 백랙쉬가까운 초청밀 감속기 설계 가능

공 정 개 선 고효율 동력전달 효율 및 고감속비의 감속기 설계

상용화 개발 사출성형기 취출 로봇 자동 로딩장치 가스절단기 NC

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상과 공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저-

단가 및 고품질의 감속기 생산기술을 통하여

현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 자동화- FA

분야에 사용되는 감속기의 수입 대제 효과

일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라든가-

일반 기어 박스형 감속기 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트한 감속기 적용이

가능

감속기의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화 산업로봇 및-

고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5 5 5 5

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) 1) 1) 1)

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

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공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

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그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

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굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

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가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

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우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

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침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

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라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6666

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISO JIS KS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

기술마케팅 경영자문 건0

정책자금알선 건2중소부품 소재기업신뢰성향상지원사업-

공통핵심기술개발사업-

논문게재 및 학술발표 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7777

부품 소재 종합 기술지원사업으로 수행된 본 과제는 원가절감 품질향상 성능 및

내구성 증대 등의 기술 향상이 충분히 달성되었으며 한국기계연구원과 당산간의

긴밀한 협조와 끊임없는 노력과 연구로 인하여 당사제품의 기술력 및 국제적 경쟁력

확보에 큰 밑거름이 되었으며 이는 당사 기술자들의 기술력 및 질적인 향상과 설계 및

해석의 자체 생산 능력을 확립할 수 있었다 본 과제의 성공적인 수행으로 인하여

대상제품은 국내수요를 충족시킬 뿐 아니라 수출 및 고용증대를 통해 국가 산업발전에

조금이나마 일조를 할 수 있을 것으로 사료된다

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 9 -

편집순서편집순서편집순서편집순서 3333

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1111

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석가 특허 동향분석

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정라 기어 정밀도 관리 및 치수측정

마 고속 고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가바 고속고정밀 감속기 특성 실험 및 평가

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부수행실적세부수행실적세부수행실적세부수행실적2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

국가 정책 중의 한 시책으로서 기기용 핵심부품 소재 기술발전의 육성이다 앞FA

으로 한국 내에 있어서 부품 소재 산업 분야를 포함한 기계 산업 분야의 자동화가

발전 및 확대 된다는 것은 필연적 이므로 산업용 설비 기계 등의 기계 산업 분야

의 자동화용 부품으로 필요 불가결인 용 고속 고정밀 감속기의 시장도 확대될 것FA

으로 예상되며 지금 수입에 의존하고 있는 용 고속고정밀 감속기의 성능에 대 FA

한 기술력 확보가 시급하다고 사료된다

용 고속 고정밀 감속기는 제품의 기능적인 특성 때문에 고도의 지식과 장기간의FA

발전과정을 필요로 하며 지속적인 기술 축적이 요구되는 산업으로서 제조 공정별

분업화를 요구하기 때문에 체계적인 기술지원이 필요하다

선진국들의 경우 공작기계를 중심으로 한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가할 것

으로 전망하고 있으며 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경주하고 있으며 국

내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화 분야에서 필수 불가결한

제품인 용 고속고정밀 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으로 판단된다FA

현재 용 고속고정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있으며 국산FA 80

화 용 고속고정밀 감속기의 성능 및 내구성의 우수함을 확보한다면 상당한 수입FA

대체 효과를 얻을 수 있다고 판단된다

외국기술도입 기술보안으로 도입이 어려움-

설비도입 전용설비를 위한 장비부족-

기술개발 인력 고정밀 감속기 전문기술자 확보 곤란-

기술개발 자금 전용설비 및 공구 치구을 위한 자금소요-

사업화

수입품의 의존 수입대체 효과를 위해 조기실시-

국제적 품질과 가격 납기 대응을 위한 조기에 실시-

용 고속 고정밀 감속기 개발을 위하여 주 신기기연은 년전부터 설계를 시작하FA ( ) 2

여 수정 및 보완 과정을 진행하고 있으나 고정밀 치차열 시스템을 설계하기 위한

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

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굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 11 -

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석 및 이들을 검증하기 위한 실험 수행 등의 기술력이 부족한 실-

정이며 유성치차들의 맞물림 상태가 서로 간에 다르고 위상차가 존재하기 때문에

전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성치차에 집중적으로 작용의

해결을 차원 설계 및 해석 이 필요하고 대상 감속기의 성능시험 및 내구성3 (FEM)

시험을 위하여 시험장비 수정 보완 및 체계적인 실험조건의 설정 및 방법이 필요하

다

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원하는 축의 속도와 안정된 동력전달용 고정도 및 고강성 감속기의 생산을 위하여

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위한 유성치차 설계 및 제작기술-

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

등 생산 공정에서의 절차 방법 및 구조를 보완하고 생산성을 부가시키며 효율적

인 감속기 생산 공정의 확립과 최적 메카니즘을 제안하고 성능시험방법 및 절차

운용과 유지 및 보수관련 기술을 지원함

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

고 정도의 속도 및 동력전달을 하기 위해서는 유성치차 설계 및 제작기술1)

제조공정 및 공작기계의 치구설계와 제작-

소재 특성에 따른 가공의 절삭이론과 가공방법-

최적 구조 및 배치를 결정하기 위한 설계 기술-

시스템 구조해석 및 분석 기술2)

맞물리는 치들의 기구학적 해석-

진동특성 해석-

치면들 사이의 윤활해석-

치면과 이뿌리에서의 응력해석-

열전달 특성 해석-

진동소음과 전달오차 및 효율에 영향을 미치는 치면력-

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 12 -

치차의 변위와 궤적-

유성치차지지 축에 작용하는 하중해석-

운전변수인 회전수에 따른 해석-

용 고속고정밀 감속기 성능시험 규격 및 시험방안 분석3) FA

규격을 조사 분석- KS JIS ISO

성능시험기 구성을 위한 계산식 및 순서도 작성-

성능시험방법 및 절차 작성-

각종 계측기 선정 방법 및 컴퓨터 인터페이스 작성-

기업기술자의 현장기술교육4)

현장인력 감속기 구성품 취급 관련 기술 교육-

공정 및 가공시의 환경유지에 대한 기술 교육-

성능시험 관련 기술교육 시험방법 및 절차 센서취급기술- ( )

시험결과서 판독방법 및 결과표 정리 방법-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1111

지원항목 지원내용달성도

()

고속감속기 관련특허 조사 및

기술동향 분석신기술 및 특허동향 파악 100

감속기 성능시험규격 및 시험방법

분석규격에 준한 성능평가 가능 100

유성치차 설계 및 가공기술양산생산을 위한 공정설계로 생산 능력

향상100

역설계 및 모데링3D 조립시 문제점 파악 및 보완 100

시스템 구조해석 및 분석 해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상 100

성능 시험 및 평가기술 시험방법 및 절차 정립 100

고장원인 분석 및 해결방법제안 밸브의 성능개선 기술 확보SMT 100

기업기술자의 현장기술교육계측기 사용법 및 정자장 유동특성

해석기법 확보100

세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건41

특허동향 분석 및 신기술 동향 파악-

감속기 관련 논문 및 해외자료-

일본 감속기 분석자료-

시제품제작 건5내부구조 분석 및 역설계-

우수 성능의 제품 경쟁력 확보-

양산화개발 건1 양산화 기술 확보-

공정개선 건10감소방법 설계- Back lash

유성치차 체적설계-

품질향상 건2

기존 시험장비 수정보완 및 설계-

측정시험 장치 구성- Back lash

감속기 시험장치 설계-

구조 개선을 통한 성능향상 도모-

시험분석 건10

규격 에 준한 시험평가기술 확보- (ISOJISKS)

시험 소프트웨어 설계- Back lash

토크 및 속도 시험 소프트웨어 설계-

성능시험용 제어반 수정 보완-

교육훈련 건5 시험방법 및 제어기설치 관련 세미나

정책자금알선 건2중소부품소재 기업신뢰성향상 지원사업-

공통핵심기술개발사업 특허기술분야- ( )

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 14 -

기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2222

가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석가 특허동향 분석

본 과제 연구 분야 관련 총 특허 수는 각각 건이 출원되었으며 특허 동향 분석150

과 관련하여 그 중 본 연구과제와 밀접한 관련이 있는 특허를 정리 및 분석하였다

특허명 출원번호 출원인 발명자

1내접식 유성치차

감속기특1998-001646

발드윈 저팬리미티드-

아키라하라아키라하라

2 유성기어감속기 특1997-039696대우 전자 주식회사

진주범류성문

3 유성기어 감속기 특1993-0015226 주식회사 서일트레이딩 송성길

4백래쉬 제거 가능한

유성 치차 감속기특1993-0010609 강성문 오세훈

5 유성기어 증감속기 특1992702177

스미또모쥬기까이고오

교오

가부시끼가이사구보마

사다까

오가따 세이시로

6 내접 유성 기어 장치 특1991-0018674

스미또모쥬기까이

고오교오

가부시끼가이샤

야마구찌

가루요시

7 유성기어 감속기 특1998-0701363스미도모쥬기가이고오

교오

아이찌겐 오부시

요꼬네마찌

8 유성 로울러 감속기 특1985-0009026 김종춘 김종춘

9 유성기어 감속기 10-2000-0072516 임종준 임종준

10 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길 이중섭

11전동기에 설치를 위한

유성치차 변속기10-2002-7006581

젯트에프

프리드리히스하펜

키르쉬너 티노

키르쉬너 티노

12내접식 유성 치차

감속기10-2000-0022556 주 세진아이지비( ) 임선호

13 유성기어 변속기 PCT199802724

젯트에프 프리드리히

스하펜 아게 몰프강

화우스 칼 페터 -

찌이트로우

페쉐크 유르겐

14 무단 유성 감속기 10-1999-0032394 배덕기 박노길

15 유성 치차 변속기 특1998-700248제트에프 프리드리히

스하펜 아게슐츠 호스트

16 유성로울러 감속기 20-2002-0038757 세일공업 주식회사 문창용

17 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필 천기수

18 유성트랙션 감속기 20-2001-0024580 천재영

천재영 오세훈

전한수 박성용

김배진

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 15 -

특허명 출원번호 출원인 발명자

19 유성기어 감속기 20-2000-0035015 학교법인 충청학원 강성규

20 유성기어 감속기 20-2000-0033652 임종준 임종준

21

유성기어에 의한

감속기의 리미트 조절

장치

20-1999-0020163 이성진이성진 유순기

김영옥

22

중심에 태앙기어가

있는 인터널기어를

구동시키는

유성기어식 감속기

20-1999-0016115 김석윤 김석윤

23

각단의 기어의 모듈이

다른 단으로 구2

성된 고비율 유성기어

감속기

20-1999-0021034 김석윤 김석윤

24

혹은 치차 인터널1 2

기어를 이용한

유성기어식 감속기

20-1999-0007302 김석윤 김석윤

25

유성기어형 감속기의

리어 선기어와

볼베어링의 조립구조

실 1996-090559 대우 자동차 권영식

26유성기어형 감속기와

전동모터의 체결구조실1996-060558 주 대우자동차( ) 권영식

27

유성기어형감속기에

설치되는 오일 재공급

장치

실1996-058261 주 대우자동차( ) 이정기

28 유성기어 감속기 20-2002-0038782 천기수 천기수

29백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기

20-2002-0039312

이중출원( )주 신기기연( ) 김도우

30 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547 이소즈미 슈조 이소즈미 슈조

31 유성기어 감속기 20-2002-0024994 황재필천기수 황재필

김덕태

32 정밀 유성 감속기 20-2002-0017078 주 나라 코퍼레이션( ) 노창환

33백래쉬 조정 가능한

유성치차 감속기20-2002-0039312

주 신기기연 전민호( )

구아나 쇼지 김도우

전민호

전민호 구아나

쇼지 전민호

34 유성치차 감속 시동기 실1995-0009547미쯔비시덴끼가부시끼

가이샤 시끼모리야(이소즈미 슈즈

35

유성치차를 활용한

교류 권선형 전동기

치차 감속기

실 1987-0012743 주 삼성중공업( ) 정진성

36유성치차 감속기가

달린 스타터20-1987-0008191 주 미쓰비시 전기( ) 기노시다다까시

37유성치차를 이용한

전선 접합 장치실1987-0008191 이희관 이희관

38세탁기용 유성 치차

감속기20-1988-011365 주 삼성전자( ) 김종욱

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 16 -

특허특허특허특허 1111①①①①

특허명 유성기어감속기 출원인 대우 전자 주식회사 진주범

출원번호 특1997-039696 발명자서울시 중구 남대문로 가5

류성문541

포인트

상술한 구성의 감속기는 최종기어열에서 걸리는 힘 즉 토크가 상당히 크기

때문에 기어의 열에 비용이 크게 소요되는 한편 전달토크에도 한계가

있다

또한 높은 감속비를 얻기 위해서는 기어비가 커져야 하고 이에 따라

기어의 크기 내지는 감속기의 크기가 커져야 하며 나아가 다수의 감속

단계를 거치는 과정에서 백래쉬의 누적으로 순간적으로는 단속화될 염려가

있고 특히 정역회전의 경우 더욱 심하게 된다는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 비표준기어를

사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기를

제공하는 데에 있다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로 더 상세하게는 표준기어와 비표준기어의

조합에 의해 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성기어 감속기에 관한 것이다

일반적으로 기어트레인에 의해 감속을 얻기 위한 감속기가 도 에1

개략적으로 도시된다

도 에서 입력축 에 고정된 제 소기어 는 제 대기어 에 맞물려1 (1) 1 (2) 1 (3)

감속됨과 동시에 큰 토크를 전달하게 되지만 제 소기어 는 그 제 2 (4) 1

대기어 와 고정되어 함께 회전하도록 구성되어 동일한 회전수로(3)

회전하게 된다

또 제 소기어 는 다시 제 대기어 에 맞물려 감속됨과 동시에 큰 2 (3) 2 (5)

토크를 전달하게 되며 더욱 감속이 필요한 경우 제 대기어 에도 함께 2 (5)

고정되는 제 소기어 를 설치하고 그 제 소기어 에 맞물리게3 (6) 3 (6)

함으로써 더욱 감속됨과 동시에 큰 토크를 출력축 에 전달하게 된다(8)

케이스는 도시는 생락되지만 그 각 기어들의 조립과 분해를 위해

분할되게 구성되고 입력축 제 내지 제 소기어 및 제 (1) 1 3 (2 4 6) 1

내지 제 대기어 가 베어링 와 오일씰 을 개재하여 상기3 (3 5 7) (9) (9)

케이스에 회전가능하게 지지된다

발명의

목적

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 유성기어 감속기의 구성과

작용에 의하면 비표준기어를 사용하여 소형이면서 높은 감속비를 얻을 수

있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부피를 감소시킬 수 있는 등의

효과가 있다

이상에서 첨부된 도연을 참조하여 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로

설명하였지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니고 당업자의

통상적인 지식의 범위 내에서 다양한 변형이나 개량 및 응용이 가능하다

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

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특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

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공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 17 -

특허특허특허특허 2222②②②②

특허명 유성감속기 출원인 배덕기

출원번호 10-1999-0032394 발명자 박노길 이중섭

포인트

본 발명의 목적은 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성감속기어에 변속이 가능하게 되면서 경제적이고 사용성과 활용성을

상승시킨 무단유성 감속 제공함에 있다蓚低

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선기어와 유성기어

그리고 링기어의 접촉으로 감속회전을 얻을 수 있는 유성감속기어에

있어서 상기 링기어를 회전시켜 출력축의 회전을 가속하거나 감속시킬 수

있는 동력전달 수단이 링기어의 외부에 결합된 것을 특징으로 한다

종래의

문제점

본 발명은 감속기에 관한 것으로서 특히 출력축의 회전속도를 자유로이

조절할 수 있는 무단 유성 감속기어에 관한 것이다

통상적으로 유성감속기는 작은 부피에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

장점을 가지고 있으며 각종 산업기계나 건설기계 선박의 윈치 등에 주로

많이 사용되고 있다 상기 유성감속기는 중간의 선기어를 중심으로 하고

외측의 링기어 사이에서 맞물린 유성기어에 의해서 원하는 감속을 얻을 수

있는 것으로 상기 링기어는 고정되고 선기어와 유성기어의 입력축 및

출력축으로 선택되어 구동된다

발명의

목적

본 발명 무단 유성감속기어는 적은 공간에서 높은 감속비를 얻을 수 있는

유성 감속기의 장점에 변속이 가능하게 구성된 것으로

속도제어장치를 사용하지 않고도 간단한 구조의 장착으로서divide恣

사용자가 원하는 속도의 조절이 가능하게 되어 산업기계에 널리 이용될 수

있게 된다 그리고 회전의 조절이 유연하고 미세하게 조정되게 되면서

높아지고 사용성이 상승될 수 있다訪榻 活

특허특허특허특허 3333③③③③

특허명 유성감속기 출원인 임종준

출원번호 20-2000-0033652 발명자 임종준

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록

하면서 동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어

감속기를 제공하기 위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는

기어가 연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의

동시치합률을 극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어

감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속(31)

구름운동으로 동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생되고

선기어 에 부하가 집중되는 것이 방지되어 기어의 동시 치합률이10)

극대화되므로 원활한 동력전달시킬 수 있는 효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고

제조원가 처탭 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 (10)

내마모성이 우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 18 -

특허특허특허특허 4444④④④④

특허명 정밀 유성 감속기 출원인 주 나라 코퍼레이션( )

출원번호 20-2002-0017078 발명자 노찬환

포인트

종래의 유성 감속기가 갖는 문제점을 해결하고자 안츨된 것으로 개의 내접기어를 2

축방향으로 맞대어 기어 이의 피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록

출력부 케이스와 입력부 케이스에 각각 고정볼트로 결합하고 상기 한쌍의

내접기어에 각각 아이들기어를 이맞물림하며 한 쌍의 아이들기어의 엇갈린 기어

이 사이에 개의 선기어 이가 동시에 맞물림되게 함으로서 백래쉬 를1 (back lash)

최소화 할 수 있도록 한 정밀유성감속기를 제공코져 하는 것이다

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작용을 이하 첨부되는 도면과 함께

상세히 살펴보기로 한다

종래의

문제점

본 고안은 각종 산업용 로봇 공작기계 등에 사용되는 소형의 정밀유성감속기에

관한 것으로 특히 케이스 내측에 개의 내접기어를 축방향으로 맞대어 기어 이의 2

피치점이 피치원 지름 상에서 서로 엇갈리도록 결합하고 상기 한쌍의 내접기어에

각각 아이들기어를 이 맞물림 하며 상기 한쌍의 아이들기어에 개의 선기어가1

동시에 이 맞물림되도록 함으로서 백래쉬 를 최소화 할 수 있도록 한(back lash)

정밀유성 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 출력부 케이스 와 입력부 케이스 에 각각 한쌍의(10) (20)

내접기어 를 기어 이의 피치점 이 피치원 지름 상에서 서로(30)(40) (Pl)(P2) (D)

엇갈리게 맞닿이도록 결합하여 백래쉬를 조정하고 상기 내접기어 에 각각 (30)(40)

이맞물림되고 개의 선기어 에 백래쉬가 조정된 상태에서 동시에 이맞물림되어1 (60)

공전하는 한쌍의 아이들기어 를 결합하므로서 기어 이의 물림이 개선되어(50)(51)

백래쉬가 최소화되고 이로인해 정밀한 위치제어가 가능해 짐에 따라 정밀제어용

설비에 이용하여 작업 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다

특허특허특허특허 5555⑤⑤⑤⑤

특허명각단의 기어의 모듈이 다른 단으로2

구성된 고비율 유성기어 감속기출원인 김석윤

출원번호 20-1999-0021034 발명자 김석윤

포인트

그동안 일본의 실개소 호 특허 제 호의 실용화를 시도했으나61-79047 123419

별성과가 없었다 모든 기어의 모듈을 같게 하면서 기어가 맞물러 들어가게 하려면

태양기어가 없는 쪽의 유성기어 이빨을 각도분할하여 틀어주어야 하는데 이렇게

하면 유성 기어는 비표준 치형이 되므로 상응하는 인터널기어와 맞물리며 돌아갈

때 마찰이 발생하여 열과 소음이 생긴다

유성기어의 제작에 있어서도 각 이빨의 각도가 다르므로 제작의 어려움이 가중되고

마찰을 완화하기위해 공차를 많이 주게 되어 감속기의 효율이 떨어지는 것을 피할

수 없게 된다 이런 여러가지 이유로 단으로 구성된 고비율 감속기는 실용화에 2

많은 어려움이 있었다

종래의

문제점

유성 감속기를 발전시켜 고감속이 가능하게 한 고비율유성기어식 감속기는 개의2

유성기어를 단 한 몸으로 설계하고 유성기어 외곽 공전궤도에 상응하는2

인터널기어를 설치한 감속장치로 한쪽 유성기어에는 태양기어가 맞물린다 도( 1

참조 이런 기술은 일본 실개소 호 특허 제 호 실용신안출원 제) 61-79047 123419

호 특허출원 제 호 등이 있다 그런데 종래의20-1999-7302 10-1999-0023348

기술은 모든 기어의 모듈을 같게 설계하였다

발명의

목적

종전의 기술로 일본의 실개소 호와 특허 제 호를 실용화61-79047 123419

시도하였으나 태양기어가 없는 쪽 유성기어 의 각도를 틀어 줌으로써(P2)

인터널기어 와의 마찰이 불가피하여 열이 발생 에너지 효율이 극히 낮았다(I2)

이로 인해 높은 감속비에도 불구하고 동 감속기의 광범위한 이용이 제한되어 왔다

본 고안은 이런 단점을 보완하여 각 단 사이의 기어모듈을 달리함으로써 모든

기어에 표준 치형 채택을 가능하게 하여 단으로 구성된 고비율유성기어식involute 2

감속기의 제작을 용이하게 하고 효율을 제고 그 효용성을 높인 것이다

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 19 -

특허특허특허특허 6666⑥⑥⑥⑥

특허명백래쉬 조정 가능한 유설치차

감속기출원인 주 신기기연( )

출원번호 20-2002-0039312 발명자 김도우

종래의

문제점

통상 동력 전달의 가장 보 기구로 치차가 가장 많이 사용되고 있으며 이때資岵

축과 베어링 등의 보조적인 부품을 사용하여 하나의 완성된 감속기와 같은 동력

전달 장치가 구성된다 이러한 치차 장치에 있어서 가공오차와 조립 공차 그리고

외부적인 구성 요소들의 오차가 누적되어 결국은 백래쉬로 나타나게 된다 이러한

백래쉬는 서어보 제어계에 있어서는 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래하여

정밀성을 요하는 구성 부품으로 사용되는데에는 어려움이 있었다 유성치차

감속기예 있어서도 백래쉬를 제거하기 위한 여러가지 방안이 강구되고 있는데

일군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 시계방향의 회전에 대하여 유성치차의

치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는 상태에서 회전( ) ( )齒 齒

가능케 구성되고 타군의 유성치차와 링치차는 태양치차의 반시계 방향의 회전에

대하여 유성치차의 치 가 태양치차와 링치차의 치 와 간격없이 접촉하고 있는( ) ( )齒 齒

상태에서 회전 가능케 구성되어 시계방향 및 반시계방향의 회전에 대하여

백래쉬없이 일정한 감속비를 가지고 출력 할 수 있도록 구성 되었다 그런데

종래에는 유성치차와 링치차의 구조가 복잡하여 가공에 어려움이 있었으며

장기간의 사용으로 인하여 백래쉬가 발생 하였을 경우 이를 다시 조정하기

위해서는 내부의 링치차를 적정간격 회전시켜 다시 조정하여야 하는 바 종래에는

기어 박스 내부에 결합수단이 구비되어 다른 기계장치에 취부된 감속기를 분리한

후에 백래쉬 조정을 하여야 하는 불편이 뒤따랐다

발명의

목적

본 고안의 감속기는 구조적으로 간단하고 동일한 크기와 형상의 유성치차 및

링치차를 사용하여 제작이 용이하다 특히 다른 기계에 취부된 본 고안의 감속기를

분리하지 않고 누구나 손쉽게 짧은 시간에 정방향회전 및 역방향회전의 백래쉬

조정이 가능하여 정밀도를 요하는 서어보 제어 기계에서 생산성을 크게 높일 수

있다

특허특허특허특허 7777⑦⑦⑦⑦

특허명 유성기어에 의한 감속기의 리미트 조절장치 출원인 이성진

출원번호 20-1999-0020163 발명자 이성진 유순기 김영옥

포인트

본 고안은 자전 및 공전되는 기어들이 부드럽게 맞물려 회전할 수 있도록 하면서

동시치합률을 극대화하여 원활하게 동력전달되도록 한 유성기어 감속기를 제공하기

위한 것이다

종래의

문제점

본 고안은 유성기어 감속기에 관한 것으로 더 상세히는 자전 및 공전되는 기어가

연속 구름운동으로 맞물려 회전할 수 있도록 함과 아울러 기어의 동시 치합률을

극대화함으로써 원활한 동력전달이 되도록 한 유성기어 감속기에 관한 것이다

발명의

목적

본 고안은 사이클로드 치형의 기어와 롤러핀 이 맞물려 연속 구름운동으로(31)

동시에 구동되어 치형의 마모와 소음이 적게 발생 되고 선기어에 부하가 집중되는

것이 방지되어 기어의 동시 치합률이 극대화되므로 원활한 동력 전달시킬 수 있는

효과가 있다

또한 기어가 맞물리는 잇수가 적게 구비되므로 가공조립이 용이하고 제조원가

저렴한 장점이 있다

또 상기 선기어 의 재질이 고탄소 크롬 베어링강 임으로 충격과 내마모성이 (10)

우수하여 반영구적으로 사용이 가능한 효과가 있다

- 20 -

나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계나 감속기 기어설계

감속기는 동력원인 모터의 속도를 감속시켜 토크 를 증대 시키는 것이 주목(Torque)

적이다

여기서 사용하는 모터의 동력 회전수 P = (Kw) T = Torque(Kg m) N = (rPm)

위의 식에서 를 일정하게 하고 회전수 를 감속시키면 가 증대되는 것을 알P (rpm) T

수 있다 회전수를 감속시킨다는 의미는 치차의 잇수를 크게 하거나 기어의 피치원

지름을 크게 한다는 뜻을 가지고 있다 따라서 감속기의 가장 큰 목적은 피니언

측의 회전수를 감속시켜 토크를 증대시키는 것이 주목적이다 따라서 감속(pinion)

비가 크다는 의미는 일반적으로 다단식 감속기에서 구동기어 와 피동(driving gear)

기어 의 크기 차가 크다는 것을 의미한다(driven gear)

감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징감속기의 종류와 특징1)1)1)1)

감속기는 감속기구에 따라 표 과 같이 여러가지 종류가 있다1

표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태표 감속기의 형태1111

동력원 운동 감속기구 구성요소 감속비

모터

회전 회전rarr

다단식 기어 체인 벨트 1~5

웜 기어 20~70

유성식 기어 롤러 3~10

차동 유성식 기어 롤러 100~1000

소치수차식내접유성식 10~150

주속식 50~300

회전 직선rarr볼 스크류 볼 스크류

로프활차 로프 휠

가 다단식가 다단식가 다단식가 다단식))))

통상 기어 벨트 체인 공작기계의 자동차의 변속기 밸브의 spindle Hollow jet

감속기 등에 사용되는 감속기구로서 동력을 전달한다 가장 간단한 감속기구이며

감속을 시키면서 를 전달시키는 이점이 있다Torque

나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기나 웜 감속기))))

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공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

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그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

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다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

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굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

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굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

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가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

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우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

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침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 21 -

공작기계의 인덱스 테이블 단으로 큰 감속비를 얻을 수 있고 기능이 되1 Self-lock

면서 입력측과 출력측이 서로 교차하기 때문에 약간의 구조가 복잡하여 소형화 설

계의 어려운 점이 있다 주로 버터플라이 밸브 의 시키는 데 disk open and close

사용되고 있다

다 유성식다 유성식다 유성식다 유성식))))

구조적으로 소형화 경량화가 가능하며 효율이 좋고 응력을 여러 유성기어에 분산

시킬 수 있고 베어링설계가 쉬우며 다양한 감속비를 얻을 수 있다

라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식라 차동유성식))))

저속이면서 큰 가 필요한 건설장비의 구동장치에서부터 소형화 경량화가 필Torque

요한 로봇 구동용 감속기에 사용되고 있다

마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류마 볼스크류))))

회전운동을 직선운동으로 변환시켜주는 것으로서 선반 밀링 머시닝센터 연삭기

등의 공작기계 산업기계 등에 이용되고 있으며 부하용량이 크고 백래쉬 (backlash)

가 적은 우수한 특성을 가지고 있다

기어기어기어기어2)2)2)2)

기어 는 연속적으로 맞물리는 다수의 이에 의해 토크를 전달하는 장치로 이가(gear)

위치 한 회전체를 기어 라고 한다 기어의 쌍중에 동력을 받는 기어를(gear wheels)

피니언 이라고 하고 동력을 발생시키는 것을 기어 라 한다(pinion) (wheel)

가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공가 기어의 가공))))

기어가공 및 가공 후의 기계적 처리는 기어제조에서 가장 복잡한 기슬공정이다

그림 과 그림 는 기어가공의 모습과 가공 후 창생된 기어의 형상이다lt 1gt lt 2gt

직경이 무한대인 기어를 랙 을 절삭공구 로 하여 기어를 절삭할(rack) 1 (cutting tool)

때 공작물 는 축을 중심으로 회전하고 랙은 절삭을 위하여 축방향으로(workpiece) 2

이동한다 따라서 랙의 자취는 랙의 형상에 따라 결정되는 인벌류투 곡선 (Involute

이며 이 는 그림 와 같이 랙으로 제작되었다curve) (tooth) lt 2gt

그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공그림 기어의 가공lt 1gtlt 1gtlt 1gtlt 1gt

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

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기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

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따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

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쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

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표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 22 -

그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상그림 기어의 형상lt 2gtlt 2gtlt 2gtlt 2gt

이론적으로 기어의 가공은 그림 의 랙의 파라메터 를 이용하여lt 3gt (rack parameter)

가장 많이 사용한다

압력각 a

랙의 피치 p

이끝 높이계수 ha

이끝 높이= ham(ha- )

이끝뿌리 높이계수 hf

이뿌리 높이= hf m(hf )－

이높이 계수 h

이높이= hm(h- hl=ha이의작업높이m- )

틈새 계수 c= cm

이뿌리의 모서리 반경 Pf

그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상그림 랙 의 형상lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)lt 3gt (Rack)

나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석나 기어의 힘 해석))))

접촉면에서 작용하는 힘의 관계를 계산하는 것은 강도해석의 기본이며 물림면에서

작용하는 힘의 해석은 매우 중요하고 이 힘을 이용하여 축 베어링 및 기어와 짝을

이루고 있는 다른 요소의 해석에도 이용된다

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

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쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 23 -

다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘다 맞물림 부분에서 작용하는 힘))))

그림 는 와 의 두 성분으로 분해할 수 있으며 원주방향의 힘lt 4gt Ft Fr

을 나타내는 성분은 기초원에 접하고 반경 방향의 힘(circumferential force) (radial

을 나타내는 성분은 반지름 방향을 따라 회전중심을 향하고 있다 이러한 성force)

분들의 관계식을 토크 로 나타내면 유용하다(torque)

그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘그림 접촉하는 면에 작용하는 힘lt 4gtlt 4gtlt 4gtlt 4gt

라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포라 기어의 하중분포))))

기어의 해석은 최대하중이 작용하는 영역에서 작용함으로 기어를 설계할 때 물림부

분에 작용하는 전체 힘 외에 이 의 길이에 따라 분포된 하중을 알아야 한다(tooth)

따라서 다음과 같이 가정한다

절대적인 강성을 유지한다

기어의 제작오류는 존재하지 않는다

접촉선에 따라 압력분포는 균일하다

실제로는 강성이 변하고 제작오류가 발생함으로 압력이 균일할 가능성은 희박하다

그 외에도 베어링 축 하우징요소 등의 변화에 따라 압력은 불균일하게 된다 이와

같은 불균일성을 고려하여 수정계수를 도입하여 사용해야한다

- 24 -

접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

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우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

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침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수접촉응력 하중집중계수(KH )(KH )(KH )(KH )① β① β① β① β

그림 에서 하중이 접촉선을 따라 균일하게 분포되었다고 가정하에 계산된 평균lt 5gt

압력 에 대한 이접촉부에서의 최대 압력비로 정의된다qm

그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포그림 기어의 압력분포lt 5gtlt 5gtlt 5gtlt 5gt

형상계수 을 도입하고 집중계수의 실험적 연구결과가 표 와 같bd = bdlt16 lt 2gtψ

다 여기서 는 폭 이고 는 직경 이다 b (width) d (diameter)

표 의 하중집중계수보다 더 신뢰성 있는 데이터가 있으면 그 데이터를 사용해lt 2gt

도 관계없다

표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수표 하중집중계수lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )lt 2gt (KH )ββββ

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

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굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

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가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

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우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

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그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

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침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

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표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

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라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

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기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 25 -

굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수굽힘응력 하중집중계수(KF )(KF )(KF )(KF )② β② β② β② β

압력분포는 굽힘응력에 직접적인 영향을 미치게 되며 표 굽힘 하중 집중계수lt 3gt

를 고려해야한다

표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수표 굽힘 하중집중계수lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )lt 3gt (KF )ββββ

촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수촉응력 동적하중계수 (KHV)(KHV)(KHV)(KHV)③③③③

기어의 회전속도가 커짐에 따라 불가피한 제조오류는 불균일한 회전을 유발시킨다

하중의 동적성분에 영항을 미치는 주요인은 제조정밀도와 기어가 접촉하는 곳의 원

주 속도라고 할 수 있다

여기서 는 원주방향의 동적 힘의 비H (specific circumferential dynamic force)ω ν

로서 실험적 연구결과로부터 추론된 공식이다

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 26 -

굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수굽힘응력 동적하중계수(KFV)(KFV)(KFV)(KFV)④④④④

굽힘응력의 동적하중계수도 유사한 방법으로 구한다

여기서

는 기어의 형상과 경도에 의해서 결정되는 값이고 는 제조정밀도H F gOH gOFδ δ

와 모듈에 의해 결정되는 계수이다

기어의 강도기어의 강도기어의 강도기어의 강도3)3)3)3)

기어파손에 대한 가장 위험한 인자는 굽힘에 의한 이의 파손으로 이러한 파손은 이

뿌리 부분의 인장영역에서 파열이 시작되어 이것이 점차 성장하여 이 뿌리부분의

전체가 떨어져 나간다 이러한 파손을 방지하려면 기어를 굽힘강도에 대하여 해석

을 해야 한다

이의 파괴는 과대하중이 이뿌리 부분에 작용하여 단시간 내에 발생하여 이의 파괴

를 가져 온다 대체로 표면경화를 한 취성재료의 이에 대해서는 굽힘강도를 검토해

야 한다

또 다른 하나의 기어파손 원인은 이 접촉면의 박리(flaking of tooth contact

이다 이것 역시 피로 특성을 가지고 있으며 이의 접촉면에서 파열의 발생surface)

과 더불어 박리가 시작된다 파열의 성장으로 면의일부가 분리되고 이러한 작용에

의해 표면이 분리되는 것을 박리라하며 박리를 방지하려면 기어의 접촉강도를 확인

해야 한다 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서는 주로 면압강도를 검토

해야 한다

기어의 시이징 이 발생 원인은 온도의 증가이고 온도상승은 이의 상대 미끄(seizing)

러짐 속도가 빨라서 발생한다 이러할 때는 스코링강도 를 확인해 (scoring strength)

야한다

따라서 고속 고부하에 대해서는 스코링강도의 검토가 필요하다 그리고 현재까지

기어의 마모저항을 계산할 수 있는 만족할 만한 방법이 없다 마모는 기어의 정밀

도 손상 소음증가 진동 발생 등과 같은 요인이 될 수 있다

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 27 -

가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도가 접촉응력 강도))))

그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포그림 접촉응력의 분포lt 6gtlt 6gtlt 6gtlt 6gt

그림 에서 처럼 기어는 접촉하는 점에서 피로접촉응력이 발생하며 이의 표면에lt 6gt

서 발생하는 피로파손이 원인이 되어 접촉면이 분리된다 표면이 분리되는 주 요인

은 접촉면의 최대허용응력이라고 할 수 있다 접촉에 의한 응력이 재료의 한도 값

을 초과하면 잇면에 현저한 마모가 발생하거나 피팅이라는 잇면손상이 발생하여 진

동이나 소음의 원인이 된다 일반적으로 표면경화를 하지 않는 재료는 면압강도에

의해서 부하가 결정되고 재료의 경도와 접촉응력은 밀접한관계가 있으므로 경도에

따라 그 값이 달라진다 기어의 설계에 있어서 일반적으로 굽힘 및 면압을 검토한

후 안전한 쪽을 선택한다 부하가 작고 마멸이 작을 때는 굽힘강도를 고려하고 장

시간에 걸쳐 온부하로 운전하는 경우에는 면압강도를 검토하여 설계한다 기어접촉

부에 작용하는 스퍼기어의 최대접촉응력 는 다음과 같다H σ

기어의 접촉부에 작용하는 최대접촉응력H =σ

허용접촉피로응력 기어의 재질 열처리유형 이면의 경도Ha = ( )σ

물림 형상계수Zh =

재료장수 기어의 재료특성에 의해서 결정되는 재료계수Zm = ( )

어버랩 계수 접촉응력에 대한 오버랩의 영향을 나타내는 계수Ze = ( )

제조된 기어재질의 탄성계수E 1 E 2 =

프아송 비ul1 u2 =

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

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라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

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기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

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따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

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쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

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표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

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여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 28 -

우변 항은 허용접촉응력이라고 하며 이것은 기어의 재료 열처리유형 이면Ha σ

의 경도 등에 의해 결정되고 폭 계수 는 제조자에 의해 결정되(tooth surface) bdψ

지만 아래와 같은 권장사항을 사용한다

피니언이 대칭bd = 030~50 -ψ

피니언이 비대칭bd = 025~040 -ψ

피니언이 외팔보 형식bd = 020~025 -ψ

헤링본 기어의 경우bd = 040~060 -ψ

실험결과에 의하면 등가 원통기어의 내구성이 실제 베벨기어의 내구성보다 크다고

밝혀졌으며 이러한 종속성은 교정강도 수정계수 를 도입하여 사용할 수 있 =085ζ

다 그러므로 베벨기어 의 최대접촉응력 는 다음과 같다 (Bevel gear) H σ

나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도나 굽힘 응력 강도))))

그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도그림 기어의 굽힘강도lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

이의 파손의 원인은 항상 인장응력이 작용하는 영역에서 시작되고 이가 접촉하기

시작될 때 최대굽힘 응력이 발생한다 따라서 모든 해석은 인장영역에서 접촉이 시

작되는 순간에 이루어진다 이의 굽힘강도는 최악의 경우를 고려하여 설계하는데

아래와 같이 가정할 수 있다

물림률을 로 가정한다- 1

전달 에 의해 전하중이 이 한 개에 작용하고 전하중은 이 끝에 작용한다- Torque

균일강도의 외팔보로 생각한다-

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

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라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

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기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

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따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 29 -

그림 에서 처럼 파손의 원인이 되는 파괴는 항상 인장응력이 작용하는 영역에lt 7gt

서 시작되고 접촉하기 시작될 때 최대굽힘응력이 발생한다고 생각되고 모든 해석

은 인장영역에서 접촉이 되는 순간에 이루어진다 또한 그림 은 을 이용하 lt 8gt FEM

여 이뿌리면에 생기는 응력관계를 표시한 것이다 왼쪽부위는 힘을 받아 인장을 나

타내는 부분이고 오른쪽부위는 압축응력을 받아 응력집중현상의 모습을 보이고 있

는 것이다 따라서 스퍼기어의 최대굽힘 응력 은 다음과 같다 F σ

우변항 를 굽힘피로 강도의 허용응력이라 한다 그리고 직선베벨기어의 최대굽Fa σ

힘강도 해석은 베벨기어를 등가 원통기어로 대치하여 접촉강도를 해석하는 방법과

유사하게 한다

여기서 베벨기어의 강도를 증가시키기 위하여 수청계수 를 도입한다085 ζ＝

기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리기어의 표면처리4)4)4)4)

가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류가 기어의 열처리 종류))))

대다수의 기어제작에 탄소강과 범위의 탄소성분이 포함된 합금강이 사용01~06

되며 강의 재료는 전달되는 토크 제조기술 유용성 등에 의해 결정된다 기어의

표면은 사용목적에 따라 경도가 크고 내부는 인성이 큰 것을 요구할 때가 있다 기

어의 표면만을 경화하여 내마모성을 증대시키고 기어의 내부는 충격에 잘 견딜 수

있도록 인성을 크게 하는 열처리를 표면경화법 이라 한다(surface hardening)

윤곽경화 는 고주파 전류에 의한 국부 열처리로 깊이(contour hardening) 35~4mm

까지 경화할 수 있으므로 기어에서는 모듀율이 이상의 기어만 할 수 있다는3mm

의미이다 침탄 은 깊이 까지 탄소로된 포화층으로 구성되어 있으 (carburizing) 2mm

며 질화 는 질소로 포함된 표면층을 포함하고 있다 일반적으로 재료의 강 (nitriding)

도와 체적경도사이에 다음과 같은 근사식이 성립된다

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 30 -

침탄법침탄법침탄법침탄법(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)(Carburizing)①①①①

침탄이란 기어표면만을 단단한 개질로 만들기 위해탄소함유량이 미만인 저탄소02

강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음 그

기어의 표면에 탄소를 침투시키고 확산시켜서 기어의 표면층만을 고탄소 조직

으로 만드는 것이다 즉 기어의 표면에 탄소를 침투시켜 담금질하면 기(08~10)

어의 표면은 경강이 되고 기어의 내부는 연강으로 남아있게 된다 침탄 후 담금질

하면 기어 표면의 침탄층은 마텐사이트 조직으로 경화되어 기어표면이 단단하기 때

문에 내마멸상을 갖게 되고 기어의 중심부 는 저탄소강 성질을(Contactstress) (core)

그대로 가지고 있어 인성 을 가지게 된다(Bending stress)

따라서 침탄강의 용도는 마찰속도가 느리고 마찰압력이 크면서 고부하가 걸리는

기어에 많이 사용된다 이러한 강의 예는 SCr415 SCr420 SCM415 SCM420

등이 있다SNCM220 SNCM420 SNCM616

질화법질화법질화법질화법 (Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)(Nitriding)②②②②

기어의 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물 층을 형성하는(Fe2N)

것을 질화라 부른다 따라서 기어의 표면은 내마모성이 크고 거의 내부는 원소재의

성질을 유지한다 질화법은 기어재료를 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 로 500

장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다 변형이 매우 작으며 내마멸성과 내

식성과 피로강도 등이 우수하나 가격이 많이 든다 마찰 속도가 빠르고 마찰압력이

낮고 충격응력이 적을 때 사용되며 또한 내마모성 향상시키고 열처리시 변형을 최

소화 할 필요가 있는 부품에 사용되고 질화처리 할 수 있는 강은 강을 제외한SUS

거의 모든 강재에 적용할 수 있다

고주파고주파고주파고주파(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)(Induction hardening)③③③③

고탄소강 의 탄소 을 고주파 열처리 기계를 사용하여 일정 온도로 가열(035~06 )

한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다 이 방법에 의하면 전후의 구조용 탄소 04

강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다 기어표면의

경화깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되며 가열 온도

와 시간 등에 따라 다르다 내 마모성을 주거나 피로강도 개선 목적으로 사용되며

재료는 등이 있다SM40C SM45C SM53C SCM435 SCM440

기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산기어재료의 허용응력 계산5)5)5)5)

허용응력을 계산하는 방법은 실험적 연구결과에 기초한 것으로 허용응력은 고정된

조건에서 경험적으로 계산된 내구선도에 의해 결정된다

허용접촉응력과 허용굽힘응력

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 31 -

표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도표 기어 이의 접촉피로강도lt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimlt 4gt Hlimσσσσ

열처리 유형 Hlimσ

마르템퍼링 경도( lt350HB) 2HB + 70

체적경화(38~50)HRC 18HRC +150

표면경화(40~50)HRC 17HRC +200

침탄 이상56 )HRC 23HRC

질화(550~750)HV 1050

기어를 근사적으로 해석 할 경우는

내구성 이라는 것은 가변하중에 의해 발생하는 파괴의 축적과정에 저항(Endurance)

하는 물체의 능력을 말한다 따라서 내구성 해석을 위하여 가변하중 조건에서 재료

의 거동에 대한 기초적인 실험을 수행해야 한다

허용굽힘응력Fa =σ

허용접촉응력Ha =σ

밀링과 연삭가공된 면은 폴리싱된 면은 를 사용한다YR = 1 12

표면조도계수ZR =

접촉강도에 대한 안전계수 이의 재료가 균일한 구조로 되어 있으면SH = (

그렇지 않으면SH=11 SH=12)

굽힘강도에 대한 안전계수 정도를 사용한다 권장사항은 이SF = (16~17 ISO 14

다)

주어진 기본하중 주기에 대한 이면의 접촉내구한도이다Hlim = σ

주어진 기본하중 주기에 대한 충격하중이 작용할 때의 재료의 내구한도Flim =σ

이다

- 32 -

표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도표 기어 이의 굽힘피로강도lt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimlt 5gt Flimσσσσ

다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석다 기어가공방법 및 공정분석

기어절삭과 기어 연삭 컷 사진 에 대해 기어가공의 기본적인 방법 및 가공상의 주( )

의점에 대해 자료를 정리 하였다 제작 공정은 단조 노멀라이징 선삭 수납검사 rarr rarr rarr

피어싱 기어 절삭 디버링 중간검사 침탄 담금질 내면 연삭 기어 연삭ldquo rdquo ldquo rdquorarr rarr rarr rarr rarr rarr rarr

출하검사 출하이다rarr rarr

기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정기어절삭 조건 선정1)1)1)1)

가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정가 호브 선정))))

기어는 최종적으로 기어 연삭 다듬질을 하므로 기어 연삭 숫돌의 선단이 닿지 않도

록 기어 바닥이 모듈 깊은 기어 절삭 하부 호브를 사용한다 호브는 사용하면02

절삭날이 마모되는데 마모가 너무 커지면 가속도적으로 증대하여 사용할 수 없게

되는 일이 있다 에서는 절삭날의 릴리프면 마모폭 정도를 기 01~02 mm菊地齒車

준으로 좀 일찍 재연삭을 실시하고 있다

나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착나 호브 장착))))

호브 장착에 있어서는 호브와 호브 아버가 확실하게 끼워 넣어져 있을 것 느슨함

이 없을 것 등이 포인트이다 호브에 휨이 있으면 정확한 치형 을 창성할 수 ( )齒形

없다 호브를 호브 아버에 장착하면 반드시 호브에 휨이 있는지 확인한다 그리고

호브를 호브 아버에 장착한 상태에서 홈연삭 날붙이 을 실시하면 정밀도 높은 홈연( )

삭을 할 수 있다

다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량다 호브 시프트의 범위 및 호브 시프트량))))

치형 인벌류트 곡산 은 호브가 회전하는 절삭날의 포물면으로서 형성된다 치형을( ) 1

완전하게 형성하는 범위를 유효하게 사용하는 것이 바람직한데 불완전한 절삭날을

고려하여 약간의 여유를 두고 설정한다 호브 시프트량은 기어 절삭 전체 길이에

걸쳐 골고루 마모되도록 조금씩 시프트하여 시프트 범위를 왕복시킨다 이번에 소

개한 사례의 경우는 개마다 시프트하여 왕복시켰다1 2mm

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라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

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기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

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따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

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쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

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이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

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여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 33 -

라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향라 이송량 및 이송 방향))))

이송량은 피삭 기어의 재질 경도 호빙 머신의 강성 호브의 지름 다듬질면 거칠

기 등에 의해 결정된다 이송 방향에는 그림 에 나타내는 바와 같이 호브의 회 lt 8gt

전에 역행하여 보내는 보통 호브 절삭 과 역행하지 않고 보(Conventional Hob Cut)

내는 클라임 호브 절삭 이 있다(Climb Hob Cut)

호브 절삭은 깨끗한 다듬질면을 얻을 수 있으나 날끝이 마모되기 쉽다 그에 대해

클라임 호브 절삭은 보통 호브 절삭에 비해 날끝 마모가 적다 대체로 클라임 호브

절삭으로 거친 절삭을 하고 보통 호브 절삭으로 다듬질 절삭을 하는데 이번에 소개

한 헬리컬 기어의 경우는 비틀림각이 크므로 거친 절삭 의 보통 호브 절16mmrev

삭으로 다듬질 절삭 의 보통 호브절삭으로 각각 기어 절삭을 하였다 25mmrev

호브 절삭된 기어면은 이 줄기 방향으로 이송량과 같은 폭의 이송눈(Tooth trace)

이 생긴다 이송눈이 규칙적으로 나 있는 것은 정밀도가 좋게 가공되어 있으나 이

송눈이 흩어져 있는 것은 정밀도가 나쁘다 가공된 치면 을 주의깊게 보면 가 ( )齒面

공 정밀도를 알 수 있다

보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭보통 호브 절삭(a)(a)(a)(a) 클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭클라임 호브 절삭(b)(b)(b)(b)

그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭그림 보통 호브 절삭과 클라임 호브 절삭lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수마 호브의 회전수))))

호브의 회전수는 피삭 기어의 절삭성 형상 호브의 크기나 호빙 머신의 강성 등에

의해 결정된다 호브의 회전수와 이송량은 호브의 마모량을 보고 경제적인 속도를

파악하여 정하면 된다

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

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여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

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마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 34 -

기어절삭기어절삭기어절삭기어절삭2)2)2)2)

가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착가 피삭 기어의 장착))))

기어에는 축붙이 기어와 구멍뚫린 기어가있다 구멍 뚫린 기어는 기어절삭을 하기

전의 선삭 공정시 내경과 선단면을 동시에 가공하는 기준면을 정해 둘 필요가 있

다 그리고 양선단면의 평행도는 이내로 억제하고 내경은 연삭 여유 03mm

를 두고 다듬질 한다02mm(JIS H7)

피삭 기어를 장착함에 있어서는 그림 에 나타내는 고정 지그가 필요하다 지그lt 9gt

에는 내경칼라 의 외경을 기준 지름에 대해 로 해서 칼라의 선단(Collar) -0005mm

면에서부터 정도 의 안내부를 만들었다 이 안내부가 있으면 피삭 기5mm 005mm －

어를 내경 칼라에 넣기가 편해진다

기준면을 외부를 향해 넣고 가능한 한 기어 바닥 부근에서 누름 칼라를 씌운다 기

어 절삭에서는 비틀림각이 커질수록 피삭 기어가 회전하기 쉬워지므로 꽉 조이는

것이 중요하다

그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그그림 고정 지그lt 9gtlt 9gtlt 9gtlt 9gt

나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭나 기어 절삭))))

피삭 기어를 지그에 장착하면 그림 에 나타내는 바와 같이 기어 절삭을 한다lt 10gt

맨 처음 실시하는 기어 절삭은 정규 절입 깊이보다 얕게 절입한다 기03~04mm

어절삭 후 오버핀의 지름을 측정하고 설정 치수보다 플러스되는 분량을 포함하여

다듬질한다

다 절삭유다 절삭유다 절삭유다 절삭유))))

절삭유는 호브의 절삭날과 절삭가공면의 면거칠기 등에 큰 영향을 끼친다 그러므

로 기어절삭가공에서는 염소가 함유된 유성 절삭유를 일반적으로 사용하는데 이 절

삭유는 폐유 처리시 다이옥신이 발생하는 등의 환경 문제로 인해 머지않아 사용할

수 없게 된다

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 35 -

따라서 에서도 현재 비염소계 절삭유를 선정하고 있다菊地齒車

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정) ( )) ( )) ( )) ( )齒齒齒齒

기어 절삭이 끝나면 개소 정도에서 이 두께를 측정하여 편차가 없는지 확인한다3

편차가 없이 설정했던 대로의 두께이면 피삭 기어를 떼어내고 기어 절삭을 완료한

다

호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭호브에 의한 기어 절삭(a)(a)(a)(a) 호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘호브의 기어 절삭 메커니즘(b)(b)(b)(b)

그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭그림 기어 절삭lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인) ( )) ( )) ( )) ( )齒形齒形齒形齒形

기어 절삭가공 후 개째 기어는 기어식 시험기에 걸어 치형 이 줄기 등을 확인한1

다 의 경우는 품질보증부 검사계에서 기어가 요구 정밀도를 만족시키고 菊地齒車

있는지 체크하고 합격후에는 양산 체제로 들어가도록 시스템화하였다

기어라는 것은 틀림없는 준비를 하고 가공하더라도 최종적으로 기어 시험기에 의해

대의 정밀도를 확인하지 못하면 양부 를 판정할 수 없다 따라서 기어가공( ) 良否

작업자는 기어식 시험기의 측정 데이터를 읽는다

기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정기어 연삭 조건의 선정3)3)3)3)

가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정가 연삭 숫돌의 선정))))

기어 연삭에 사용하는 숫돌은 피연삭 기어의 재질 표면 경도 모듈 면조도 등의

조건으로 선정한다 숫돌을 잘못 선정하연 연삭균열의 원인이 되기도 한다 숫돌은

밸런스용 홈을 가진 플랜지에 넣고 토크 렌치를 사용하여 볼트를 균일하게 조이는

것이 포인트이다

나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형나 연삭 숫돌의 성형))))

연삭 숫돌을 스핀들에 넣을 때는 플랜지의내경 및 스핀들을 총이 걸레 등으로 깨

끗이 닦아 기름기를 없앤다

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 36 -

쓰레기 이물질 등이 들어가 플랜지와 스핀들의 테이퍼부가 밀착하지 않으면 대

의 정밀도를 내지 못한다

숫돌을 스핀들에 장착했으면 숫돌을 성형한다 숫돌을 성형함에 있어서는 우선 루

트 크러셔 로 기어 바닥을 릴리프한다 다음은 단석 다이아몬드(Root Crusher) ( )單石

툴로 기준 랙을 양면에 동시에 형성한다 성형장치에 사용하는 블록 게이지의 두께

를 바꾸어 압력각을 변화시킬 수 있다 그리고 이 장치의 템플리트 각도 (Template)

를 바꾸어 이끝이나 이뿌리를 수정할 수 있다

중요한 점은 단석 다이아몬드는 전용래핑 머신으로 항상 래핑하여 절삭날을 마모나

결손이 없는 상태로 유지한다 다이아몬드의 절삭성이 나쁘면 연삭 치면의 면조도

가 나빠져 치형을 원활하게 수정할 수 없다 다이아몬드가 잘리고 있는 지의 여부

를 판단하는 방법의 하나는 다이아몬드가 숫돌을 깎을 때 나는 소리가 있다 드레

싱 작업을 하는 중에서 균일한 소리가 나는 지의 여부로 판단할 수 있다

다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기다 연삭 숫돌의 균형잡기))))

연삭 숫돌을 성형하였으면 숫돌을 기어연삭기에서 떼어내고 동적 균형 시험기에 실

어 완전히 균형잡는 것을 잊으면 안된다 밸런스가 나쁘면 치형이 안정되지 않아

정밀도가 좋은 기어 연삭을 할 수 없기 때문이다

라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수라 연삭숫돌의 회전수))))

연삭 숫돌의 회전수는 인버터에 의해 에서부터 까지 무단계로 설1000 1900min 1－

정할 수 있다 동일한 경도를 가진 숫돌에서도 회전수를 올리면 보다 단단하게 작

용하고 낮추면 무르게 작용한다

마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량마 이송량 및 절입량))))

이송량은 거친 연삭에서 다듬질 연삭에서 로 하였다 절입20mmrev 07mmrev

량은 거친연삭과 다듬질 연삭 모두 로 하였다 이것은 생산성보다도 정밀도002mm

를 중시한 설정으로 되어 있다

기어 연삭기어 연삭기어 연삭기어 연삭4)4)4)4)

가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그가 피연삭 기어의 고정 지그))))

피연삭 기어는 담금질 후 구멍의 내경을 연삭하는데 내경 치수는 편차를 억제하여

균일하게 다듬질하는 것이 포인트이다 이때 고정 지그에 닿는 선단면도 동시에 연

삭하여 내경에 대한 직각도를 정확히 낼 필요가 있다 기어 연삭을 할 경우에는 가

능한 한 기어를 실제로 사용하는 상태에서 가공하여 높은 정밀도를 유지할 수 있

다

나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공나 연삭가공))))

기어 연삭에서 연삭 여유는 모듈이나 담금질 변형을 보고 설정하는데 아주 적은 편

이 좋다 연삭 여유가 많으면 연삭시간이 필요 이상으로 길어지기 때문이다 사용하

는 전용 지그의 센터 구멍에는 커다란 오일 구멍이 가공되어 있다

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

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라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

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여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

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마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 37 -

이것은 기계측 센터의 모따기를 좋게 하여 척 효과를 올리면 지그의 진동을 방치하

는 효과도 있어 기어 연삭을 안정적으로 할 수 있다

다 연삭액다 연삭액다 연삭액다 연삭액))))

연삭액을 잘못 선정하면 치면에 연삭 균열이 생기는 원인이 되므로 냉각 효과가 높

은 연삭액을 선정하여 사용하는 것이 포인트이다 그리고 연삭가공을 하는 중에는

연삭액을 대량 뿌리므로 연삭액을 뿌리는 방법에 따라 치형 정밀도가 어긋나는 일

이 있다 따라서 수 의 정밀도를 내려면 연삭액을 뿌리는 방법 면에서도 주의할

필요가 있다

또한 기어 연삭기에는 필터 여과장치 가 달려있어 연삭액 중에 들어있는 이물질( ) 2

까지 걸러낼 수 있으나 그 이하의 이물질은 걸러낼 수 없다 필터는 정기적으로

교환한다

라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정라 이 두께 측정))))

이 두께를 측정하는 방법에는 베이스 탄젠트 렝스 와 오버핀(Base tangent length)

에 의한 방법이 있다 이번에는 비틀림각이 크므로 오버핀의 지름으로 측정한다 기

어 연삭된 치면에는 크라우닝 이 붙어 있으므로 이 두께는 이 폭의 중앙(Crowning)

에 볼 을 대고 측정한다 볼을 중앙에 정확히 대려면 블록 게이지를 소정의 두(Ball)

께로 겹쳐 볼 마이크로를 사용하면 된다 역시 개소 정도를 측정하고 편차가 없는 3

지 확인하는 것도 잊지 않도록 한다

마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인마 치형 정밀도의 확인))))

기어 연삭 작업에서는 다듬질 치수를 재기 전에 기어를 지그에 부착한 채 기어시험

기에 실어 치형 이 줄기가 요구 정밀도를 충족시키는지 체크한다 측정 데이터보다

정밀도가 좋으면 다듬질 연삭을 한다 오버핀의 지름이 공차 내에서 치형 정밀도도

만족시키면 기어 연삭 작업을 끝내고 기어를 기어연삭기에서 떼어낸다

바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업바 특수한 기어 연삭 작업))))

기어 연삭은 양 치면을 동시에 연삭하는 것이 통상적인 방법으로 치형 정밀도도( ) 兩

안정되고 가공시간도 짧아진다

이에 대해 오른쪽 치면과 왼쪽 치면을 따로따로 다듬질하는 한쪽 치면 연삭 작업을

실시 할 수도 있다 즉 좌우의 치형이나 이줄기 크라우닝 를 다른 형상으로 다듬질 ( )

할 수 있다

에서는 모든 작업자에게 루페 를 갖게 한다 루페를 사용하면 호브 날(times 7) 菊地齒車

끝의 마모량 기어 절삭한 치면의 거스러미 유무 기어 연삭에 사용하는 다이아몬드

드레서 선단의 마모라든가 결손된 상태 등 육안으로는 보이지 않는 것을 볼 수 있

다

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 38 -

라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작라 내기어와 유성기어 시스템의 설계와 제작

내기어내기어내기어내기어1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)1) (Internal Gear)

평기어는 외부에 기어 이가 있는 반면 내기어는 내부에 있어서 한 쌍의 외기어와

맞물려 동력을 전달한다 내기어의 치수 계산은 평기어나 헬리컬 기어와 비슷하나

다만 내기어의 이끝원 직경은 평기어의 이뿌리원 직경에 해당하고 내기어의 이뿌리

원 직경은 평기어의 이끝원 직경에 해당한다는 점이 다르다 내기어는 일반 평기어

나 헬리컬 기어에 비해 설치 공간을 적게 차지하지만 설계시 주의할 점이 몇 가지

있다

그림 내기어그림 내기어그림 내기어그림 내기어lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

먼저 내기어와 외기어가 서로 맞물릴 때 다음 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설

계해야 한다

가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭가 인벌루트 간섭) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)) (involute interference)

인벌루트 간섭이란 평기어의 이뿌리원과 내기어의 이끝원 사이에 간섭이 발생하는

현상을 말한다 이것은 평기어의 잇수가 적을 때 주로 나타나며 그림 에서 보 lt 12gt

듯이 피니언과 기어가 맞물릴 때 내기어의 이끝이 평기어의 인벌루트 곡선과 부딪

히는 현상이다 이 현상을 방지하기 위해서는 다음 식이 만족되도록 설계해야 한다

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 39 -

여기서

내기어의 이끝원 압력각ak2 =

물림압력각ab =

내기어의 기초원dg2 =

내기어의 이끝원 직경dk2 =

피니언 잇수Z1 =

내기어 잇수Z2 =

내기어의 이끝원 압력각을 구하기 위해서는 내기어의 이끝원 직경 이 기초원(dk2)

직경 보다 크거나 같아야만 한다 압력각이 인 표준내기어인 경우 잇수가(dg2) 20 34

이상이면 이끝원 직경이 기초원 직경보다 크다 따라서 잇수 선정 시 이점을 고려

해야 한다

나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭나 트로코이드 간섭) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)) (trochoidal interference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 경우 인벌루트의 접촉이 끝나는 지점에서 피

니언의 이끝이 내기어 사이에 간섭이 일어날 수 있다 그림 에서 피니언이 구 lt 13gt

동기어이고 내기어가 피동기어라면 인벌루트 접촉은 점에서 시작하여 점에서 끝A C

나게 된다 이 때에 피니언의 이끝이 내기어의 이끝을 빠져나가면서 내기어의 트로

코이드 부분에서 간섭이 발생한다 즉 내기어의 이끝이 피니언의 이끝 보다 먼저 C

점을 통과하게 되어 이러한 간섭이 일어난다

압력각이 인 표준 내기어와 표준 평기어의 잇수 차이가 개 이상인 경우는20 9

트로코이드 간섭을 줄일 수 있다

그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭그림 내기어의 인벌루트 간섭lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 40 -

그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭그림 트로코이드 간섭lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt

그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭그림 트리밍 간섭lt 14gtlt 14gtlt 14gtlt 14gt

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 41 -

다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는다 트리밍 간섭 또는) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)) (trimming radialinterference)

내기어와 피니언의 잇수 차이가 적을 때 발생할 수 있는 또 하나의 현상은 트리밍

간섭이다 이것은 피니언이 기어와 맞물리기 위하여 반경방향으로 움직일 때 일어

나기 쉽다 피니언과 기어를 조립할 때 기어 잇수와 어덴덤의 비율에 따라 반경방

향이나 축방향 중 하나를 선택하여 조립해야 한다

예를 들어 기어 잇수가 피니언 잇수가 일 때 반경방향으로 축방향으로 피니19 12

언을 조립해야만 한다 트리밍 간섭을 피하기 위해서는 그림 에서 직선 가 lt 14gt CD

보다 적어야만 한다 즉 기어의 어덴덤을 조정하여 피니언과의 간섭을 피할 수EF

있다 더들리 는 에 압력각 (Dudley) [HAND BOOK OF PRACTICAL GEAR DESIGN]

이 인 경우 트리밍 간섭을 피할 수 있는 피니언과 기어의 잇수와 어덴덤을20

표 과 같이 추천하고 있다 피니언 커터 로 내기어를 치절할 경우lt 6gt (pinion cutter)

에도 피니언 커터 잇수와 내기어의 터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서

피니언 커터를 이용하여 내기어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해

야 한다 표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커 lt 7gt

터 잇수이다

여기서 피니언 커터 잇수 표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우Zc = lt 7gt 15~22

인벌루트 간섭이 발생할 수 있으므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접 잇수 차이에 의해 트리밍 간섭이 발생하

여 커터를 파손시키는 일이 일어날 수 있다 따라서 피니언 커터를 이용하여 내기

어를 창성할 때에는 피니언 커터 잇수 선정에 주의해야 한다

표 는 트리밍 간섭을 피하기 위한 내기어 잇수에 따른 최소 피니언 커터 잇수lt 7gt

이다

여기서 피니언 커터 잇수Zc =

표 에서 피니언 커터 잇수가 개인 경우 인벌루트 간섭이 발생할 수 있으lt 7gt 15~22

므로 주의한다

내기어는 평기어나 헬리컬 기어에 비해 접촉면적이 넓기 때문에 큰 동력을 전달하

기가 좋지만 앞에서 설명한 세 가지 간섭이 일어나지 않도록 설계해야 한다

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

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여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

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lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

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마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 42 -

표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율표 내기어 의 최소 잇수와 어덴덤 비율lt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal slt 6gt (internal sppppur gear)ur gear)ur gear)ur gear)

표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어표 트리밍 한계 내기어 앗앗앗앗수수수수lt 7gtlt 7gtlt 7gtlt 7gt

- 43 -

유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

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마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

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기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

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기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

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인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

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유성기유성기유성기유성기2) (2) (2) (2) (pppplanetarlanetarlanetarlanetaryyyy gears)gears)gears)gears)

가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징가 유성기어 장치의 특징))))

내기어를 이용하여 동력을 전달할 수 있는 또 하나의 기어 장치로는 유성기어가 있

다 유성기어 증 가장 기본적인 시스템은 한 개의 태양기어 와 한 개의 (sun gear)

내기어 그리고 여러 개의 유성기어로 구성된다 태양기어란 입력축과 연결되어 동

력을 전달하는 기어를 말하며 유성기어는 태양기어와 접촉하여 내기어에 동력을 전

달하며 내기어와 태양기어 사이에 위치한다 유성기어는 태양기어와 접촉하여 스스

로 자전하는 회전운동을 하지만 동시에 유성기어들을 연결하는 링크에 의해 내기어

주위를 공전한다

유성기어 장치는 입력축과 출력축이 동일 직선상에 위치할 수 있고 여러 개의 유성

기어를 이용하여 하중을 나누어 전달한다 따라서 유성기어를 이용하여 동력전달장

치를 설계하면 다른 기어를 이용한 것보다 크기가 적고 큰 기어비율을 가진 기계를

설계할 수 있다 그러나 유성기어가 균등한 하중을 받도록 가공이나 조립이 이루어

지지 않으면 오히려 기어가 빨리 파손되는 원인이 될 수 있다 유성기어 장치는 구

동과 피동기어를 달리 선택함에 따라 다양한 기어 비율을 얻을 수 있을 뿐만 아니

라 여러 가지의 특수한 구조를 설계하는데도 많이 사용할 수 있다

나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건나 유성 기어 장치의 잇수 조건))))

유성기어 장치는 태양기어와 유성기어 내기어의 잇수가 다음에 설명할 세 가지 조

건에 맞지 않으면 조립이 불가능할 뿐 아니라 작동이 되지 않는다 따라서 유성기

어 장치를 설계할 때는 가장 먼저 이 조건을 검토해야만 한다 첫째로 내기어의 중

심거리와 태양기어와 유성기어의 중심거리 조건이 일치해야 한다 즉 그림 에 lt 16gt

서 태양기어와 내기어의 중심 거리는 유성 기어와 내기어의 중심거리와 같아야한

다

Zc = Za + 2Zb

여기서

내기어Zc = (C)

태양기어Za = (A)

유성기어Zb = (B)

둘째로 유성기어는 동일한 비율로 배치되어야 한다

정수 여기서 유성기어 개수( N )＝ ＝

셋째로 유성기어와 내기어가 맞물릴 때 유성기어 외경이 간섭이 받지 않아야 한다

유성 기어가 내기어와 균등한 비율로 맞물린다 해도 내기어에서 발생하는 세 가지

간섭 중 한 가지라도 발생한다면 원활한 기어의 맞물림이 이루어지지 않는다

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여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

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lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

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마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 44 -

여기서

유성기어의 이끝원 직경dkb＝

태양기어와 유성기어의 중심거리ax＝

그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치그림 유성기어 장치lt 15gtlt 15gtlt 15gtlt 15gt

그림그림그림그림lt 16gtlt 16gtlt 16gtlt 16gt 그림그림그림그림lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 45 -

태양기어의 잇수가 이고 유성기어 잇수가 이면 내기어의 잇수는 첫번째 조건16 16

에 따라 이 되어야 한다 두번째 조건을 만족시키기 위해서는 유성기어의 개수는48

나 가 되어야 한다 유성기어가 개나 개인 경우는 두번째 조건에서 태양기어와2 4 3 5

내기어 잇수를 더한 값을 나누었을 때 정수가 되지 않으므로 사용하면 안 된다 이

경우 유성기어 장치의 조립 자체가 불가능하다 유성기어 장치를 설계하는 초보자

의 경우는 특히 유성기어 개수를 결정하는데 조심해야 한다

다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율다 유성기어 장치의 기어비율))))

유성기어 장치는 고정시키는 기어에 따라 기어 비율이 달라진다

내기어를 고정시킨 경우-

유성기어 장치를 간단하게 그림 와 같이 나타낼 수 있다 여기서 내기어 를lt 17gt (C)

고정시키면 동력은 입력축인 태양기어 에서 출력축인 캐리어 로 전달된A (carrier) D

다 이 때각 기어의 속도전달비는 표 과 같이 계산된다 lt 8gt

표 에서 번호 을 근거로 기어비율을 계산한다lt 8gt 3

이라면 기어비율은 가 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 14 )

표 내기어표 내기어표 내기어표 내기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비lt 8gtlt 8gtlt 8gtlt 8gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2전체를 만큼+ZaZc

회전시킴ZaZc ZaZc ZaZc ZaZc

3 과 의 경우를 더함1 2 1+ZaZcZaZc-Za

Zb고정0( ) ZaZc

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 46 -

lt표 태표 태표 태표 태양양양양기어기어기어기어를를를를 고정시고정시고정시고정시킨 경킨 경킨 경킨 경우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비우의 속도전달비9gt9gt9gt9gt

번호 설 명태양기어

Za

유성기어

Zb

내기어

Zc

캐리어

1

1캐리어를 고정하고

태양기어를 회전시킴1+1 -ZaZb -ZaZc 0

2 전체를 회전시킴1 -1 -1 -1 -1

3 과 의 경우를 더함1 2 고정0( ) -ZaZb-1 -ZaZc-1 -1

태양기어를 고정시킨 경우-

태양기어를 고정시키고 내기어를 입력축 캐리어를 출력축으로 할 경우 속도 전달

비는 표 와 같이 계산한다lt 9gt

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 11333 )

캐리어를 고정시킨 경우-

캐리어를 고정시키면 유성기어는 제자리에서 자전만 하고 내기어 주위를 따라 공전

하지는 못한다 이때는 태양기어가 입력축이 되고 내기어가 출력축이 된다

이라면 기어비율은 이 된다(Za=16 Zb=16 Zc=48 -13 )

라 여라 여라 여라 여러러러러 종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치종류의 유성기어 장치))))

유성기어 장치를 가장 먼저 사용한 사람은 제임스 와트 로 그는(James Watt) 1782

년에 내연기관의 크랭크운동에 이 유성기어장치를 이용하였다고 한다 유성기어 장

치는 면적을 작게 차지할 뿐 아니라 경량으로 설계할 수 있다는 장점 때문에 압축

기나 송풍기 원심분리기와 항공기의 변환기관과 고속회전과 고효율이 요구되는 장

치에 다양하게 사용되고 있다 유성기어 장치는 앞에서 살펴본 가장 기본적인 구조

외에도 매우 다양한 구조로 사용되고 있다 특히 차동 유성기어 장치를 이용하면 2

단계 유성기어 장치만으로도 매우 큰 기어 비율을 얻을 수 있기 때문에 자동차나

항공기계등 큰 기어비율이 요구되는 곳에 사용되기도 한다

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 47 -

마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정마 기어의 정밀도 관리와 치수 측정

기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리기어의 정밀도 관리1)1)1)1)

기어 제작에는 특수한 가공기계가 필요하므로 기어의 정밀도를 측정하기 위해서는

특수한 측정기계가 필요하다 기어는 사용 목적과 경제적인 측면을 고려하여 다음

두 가지로 나누어 관리해야 한다

기어 제작 공정의 정밀도 관리 기어를 가공하기 위해 설비된 장비가 어떤 정도①

의 정밀도를 가지고 있으며 이 기계로 치절되는 기어가 얼마나 높은 정밀도에 도

달할 수 있는 지를 파악하는 것이 기어 제작공정 정밀도 관리에 매우 중요하다 일

본은 과 에 치절 기계에 관한 정밀도가 규정되어 있고 독일은JIS B 6216 6242

에 규정되어 있다DIN8642

기어 절삭공구와 측정기구의 정밀도관리②

기어를 절삭하는 공구의 정밀도가 기어 등급에 많은 영향을 미치기 때문에 기어가

공 업체는 기어 절삭공구의 정밀도 관리에 많은 관심을 기울여야 한다 기어를 절

삭하는데 가장 많이 사용되는 호브 관리를 예로 들면 다음 세 가지 정밀도 관리로

나눌 수 있다

가공된 호브 등급에 따른 정밀도-

호빙 기계에 장착할 때 발생하는 정밀도-

호브를 재가공 할 때 발생하는 정밀도- (resharpening)

기어 측정기구의 경우 요즈음은 매우 높은 정밀도를 가진 기어 제작을 요구하기

때문에 측정 단위가 미크론 까지 되어 있는 경우가 많다 따라서 측정 기구는 신 ( ) μ

용 있는 회사의 측정기기를 사용하고 그 취급에도 충분히 주의하여 정밀도가 떨어

지지 않도록 힘써야 한다 또한 기어 정밀도를 위한 허용오차가 상당히 엄격한 값

으로 되어있기 때문에 측정 기구를 장기간 보관할 때 온도나 습도 등 주위 환경에

영향을 받지 않도록 주의해야 한다

표표표표 각각각각국 기어국 기어국 기어국 기어 등등등등급 비급 비급 비급 비교교교교표표표표lt 10gtlt 10gtlt 10gtlt 10gt

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

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인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 48 -

기어기어기어기어 등등등등급급급급2)2)2)2)

기어는 표준 등급을 정하여 이 기준에 따라 분류한다

일반적으로 국내에서는 를 기준으로 사용하며 국내 규격인 는 와 거의 동JlS KS JIS

일하며 그 외 미국기어협회인 기준과 독일의 등이 있다 이러한 기준을AGMA DIN

서로 비교한 것은 거의 불가능 하나 대략 다음 표와 같이 비교 분석한다 기어 오

차를 정하는 등급에 따른 오차 허용 치수가 서로 틀린 경우가 많으므로 다음 표는

단지 참고용으로만 사용하기 바란다 위 표 중에서 급 기어를 가공한 것은 상 JIS 0

당히 어려운 작업이다 이 등급은 매우 높은 정밀도를 요구하는 기계나 소음이 중

요한 문제가 되는 장소에 설치 될 기계에 주로 사용되고 있다 급 이하의 기 JIS 4

어는 일반 공작기계에서는 거의 사용하지 않지만 농업용 기계에 사용된다

표 소재 이표 소재 이표 소재 이표 소재 이끝끝끝끝원원원원 흔들흔들흔들흔들림 허용림 허용림 허용림 허용값값값값lt 11gtlt 11gtlt 11gtlt 11gt

표 기어 치표 기어 치표 기어 치표 기어 치폭폭폭폭에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용에 대한 허용값값값값lt 12gtlt 12gtlt 12gtlt 12gt

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 49 -

기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정기어 치수 측정3)3)3)3)

이이이이끝끝끝끝원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의원과 기어 측면의 흔들흔들흔들흔들림림림림①①①①

이끝원 기어 소재의 외경 의 흔들림을 측정하기 위해서는 다이얼 게이지를 가장 많( )

이 사용한다 이끝원의 흔들림 측정은 가공된 기어의 실제 치수 측정이 아니기 때

문에 다이얼 게이지를 사용하는 것이 좋다 소재의 이끝원 흔들림에 관한 허용 값

은 에 규정되어 있다 기어 측면 흔들림에 대한 허용값은 각 등급에 따JIS B 1702

라 규정되어 있다

기어 치기어 치기어 치기어 치폭폭폭폭②②②②

기어의 치폭에 대한 허용값을 는 다음과 같이 규정하고 있다JIS B 1702

그림그림그림그림 걸걸걸걸치기 이두께치기 이두께치기 이두께치기 이두께lt 18gtlt 18gtlt 18gtlt 18gt 그림그림그림그림 오버핀오버핀오버핀오버핀 측정측정측정측정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

이두께 측정이두께 측정이두께 측정이두께 측정③③③③

걸치기 이두께에는 이두께 측정용 마이크로미터가 가장 많이 사용된다 그림 lt 18gt

와 같이 기어 계산에 의해 산출된 걸치기 잇수에 걸쳐 직선으로 측정한다

오버핀 거리는 외경 마이크로미터를 이용하며 주로 내기어의 측정에 사용한다 또

비틀림 각이 큰 헬리컬 기어나 모듈이 작은 소형 기어 치수 측정에 사용하기도 한

다

현 이두께 측정은 기어 이 한 개의 현의 길이를 조사하는 것이다 이두께가 두꺼우

면 백래시가 없어져서 소음이나 발열의 원인이 되기도 한다 이두께 측정에는 버니

어 캘리퍼스가 사용한다 이두께는 일반적으로 이끝원을 기준으로 측정하며 이것은

외경이 큰 기어에 사용하기도 한다

기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정기어의 정밀도 측정4)4)4)4)

각 등급에 따라 측정할 기어의 오차를 다음과 같이 나눌 수 있다 먼저 정밀도 JIS

규격에 규정된 기어 오차이다

단일 피치단일 피치단일 피치단일 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppt)t)t)t)①①①①

기어의 피치원 상에서 한 개 이에서 다음 이까지의 원주상 피치를 측정하여 계산상

의 피치와 차이를 계산한 값

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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- 71 -

- 50 -

인접 피치인접 피치인접 피치인접 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppu)u)u)u)②②②②

연이어 있는 기어 이 두 개의 피치를 측정하였을 때 피치의 차이값

누누누누적 피치적 피치적 피치적 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppk)k)k)k)③③③③

임의로 인접한 두 개의 기어 이 사이의 피치를 측정하였을 때 실제 계산 치수와의

차이

법선 피치법선 피치법선 피치법선 피치오오오오차차차차(f(f(f(fppppb)b)b)b)④④④④

법선피치를 측정하였을 때 산출된 값과 계산된 정면 법선 피치와의 차이

치형치형치형치형오오오오차차차차 (f(f(f(fppppf)f)f)f)⑤⑤⑤⑤

올바른 인벌루트 곡선을 기준으로 실제 가공된 기어의 치형을 측정하였을 때 나온

값과의 차이 치형 오차는 축직각 방향의 치형에 대한 것이다 그림 은 일반적 lt 20gt

인 치형 오차이다 흔히 치형오차의 최대값과 최소값을 평균하여 그 값을 기울기로

표시하는 방법을 사용하기도 한다

실제 치형오차를 나타내는 그래프가 다름 그림 처럼 형태를 이루면 적절한lt 21gt K

형태라고 여겨지기 때문에 이 그래프를 차트라고도 한다K

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차차차차lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

그림 치형그림 치형그림 치형그림 치형오오오오차 그차 그차 그차 그래래래래프프프프lt 21gtlt 21gtlt 21gtlt 21gt

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이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

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그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 51 -

이이이이 홈홈홈홈의의의의 흔들흔들흔들흔들림림림림(runout)(runout)(runout)(runout)⑥⑥⑥⑥

볼이나 핀을 양쪽 치면에 접촉시켰을 때 반경방향으로 발생하는 오차의 최대값이

다 기어의 정밀도를 높이기 위해서는 이홈의 흔들림 오차를 얼마나 작게 만드는

지가 중요하다

잇잇잇잇줄줄줄줄 방향방향방향방향오오오오차차차차⑦⑦⑦⑦

피치원통 상에 있는 기어의 잇줄 오차를 말하며 리드 에러 라고 하기도(lead error)

한다 전용 측정기를 이용하면 비틀림각 오차와 잇줄 형상오차와 크라우닝

길이와 크라우닝 값도 같이 판정할 수 있다 독일의 규격은(crowning) DIN 3960

기어의 오차를 다음과 같이 분류하고 있다

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

조립오차 중심거리오차 축평행 오차 백래시 오차- -

종합오차 한쪽치면 맞물림 오차 양쪽치면 맞물림 오차- -

위에 언급한 오차들에 관한 값은 각 규격별로 규정되어 있다 흔히 기어가 제대로

가공 되었는지를 간단하게 알아보기 위해서 기어의 이 두께를 측정하거나 두 기어

가 맞물리게 하여 백래시를 측정한다 현재는 기어오차를 측정하는 각종 기계가 잘

발달되어 있으며 정밀한 기어를 가공할 경우 각종 측정 기계를 사용하는 것이 효과

적이다

마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계마 고속고정밀 감속기 차원 설계 3 3 3 3

용 고속 고정밀 감속기는 그림 과 같이 제작시 입력축 출력축FA lt 22gt (Crank Shaft)

의 제작 정도 판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정 Cycloid Cycloid

도 외핀 구멍 위치 출력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등 감속기의 백래쉬에 영

향을 미치는 부품수가 많고 가공이 어려운 부품이 대부분이다 제조 회사에서 품질

관리에 의하여 어느 정도의 백래쉬를 유지할 수 있으나 백래쉬 저하에는 어느정도

한계가 있고 일정 기간 감속기를 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬가 커

져 그 정밀도 제어에 문제점이 발생하게 된다 따라서 일정 기간 사용 후에 외부에

서 간단히 백래쉬 량을 조절할 수 있도록 하여 요구되는 정밀도를 항상 유지 할 수

있어야 한다

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 52 -

그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조그림 용 고속 고정밀 감속기의 조립립립립 단면도단면도단면도단면도lt 22gt Flt 22gt Flt 22gt Flt 22gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조그림 용 고속 고정밀 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 23gt Flt 23gt Flt 23gt Flt 23gt FA A A A

그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도그림 용 고속 고정밀 감속기 분해도lt 24gt Flt 24gt Flt 24gt Flt 24gt FA A A A

- 53 -

그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기그림 용 고속 고정밀 감속기 역역역역설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품설계 도면 구성부품lt 25gt Flt 25gt Flt 25gt Flt 25gt FA A A A 3333DDDD ( )( )( )( )

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각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 54 -

각각각각 부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조부품도 및 조립립립립도 설계도 설계도 설계도 설계1)1)1)1)

용 고속고정밀 감속기의 각 단품에 대해 의 과 을FA CATIA V5 Part Design Drafting

이용하여 부품도를 도면으로 작성하였으며 과 를2D 3D Assembly Design DMU

이용하여 모든 단품에 대해서 조립 시 발생하는 각 단품간의 간섭해석을 하였으며

실제 구동되는 작동해석을 수행하였다

그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조그림 용 감속기 전체 조립립립립도도도도lt 26gt Flt 26gt Flt 26gt Flt 26gt FAAAA

다음은 각 파트별 주요 단품의 부품도를 도면으로 나타낸 것이다2D 3D

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (1)(1)(1)(1)

- 55 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD (2)(2)(2)(2)

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그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

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바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 56 -

그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도그림 단품 부품도lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2lt 27gt 2DDDD 3 3 3 3DDDD

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 57 -

바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가바 용 고속고정밀 감속기 특성 시험 및 평가 F F F FAAAA

평가평가평가평가항항항항목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법목 및 평가방법1)1)1)1)

가 평가가 평가가 평가가 평가항항항항목목목목))))

번호 평가항목 평가기준 평가방법 평가기관등( )

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 측정법JIS B 2104 LOST-MOTION

2 소음 이하65 db 일반 감속기 소음 기준

3 내구력 시간20000 충격 연속운전실시

4 효율 이상90 출력 측정

나 평가방법나 평가방법나 평가방법나 평가방법))))

백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬(arc(arc(arc(arc----min)min)min)min)①①①①

로스트 모션 평가법 별지 요령 참조 에 의한 백래쉬량과 정격 토르JlS B 6203 ( JlS )

크 인가 해제를 정역으로 행한 경우의 히스테리시스 량과의 상관관계에 관한 측－

정 방법은 다음 같다

피시험 대상물 각 대 WG105P WG115P WG205P 1

측정방법

로스트 모션 평가법에 의한 백래쉬 량JIS B 6203

임의의 위치를 기준으로 출력축 도 등 회전 위치 개소에서 측정90 3

- 58 -

비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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비틀림 특성 히스테리시스 량에서 검출한 백래쉬 량

입력축을 고정하고 출력축에 정역의 정격 부하 토르크를 인가한 후 토르크를 해제

한 상태의 히스테리시스량을 엔코더에서 측정한다 측정은 출력축 약 도 회전 약 90

개소에서 측정하였다3

반전위치 결정 정도 시험은 우선 정 혹은 역 방향으로 회전시켜 정지한 위치를 기( )

준 위치로 정하고 같은 방향으로 임의의 지령을 내려 회전시켜 그 위치에서 역 혹 (

은 정 방향으로 동일 지령으로 회전시킬때의 정지 위치와 기준 위치와의 차를 측정)

한다 이 측정을 임의의 개소 각각 번을 반복하여 각 개소에서의 평균치를 구하 3 7

여 얻어지는 값 중에 최대치를 측정치로 한다 측정할 때는 무부하 상태에서 행하

였다

시리즈의 백래쉬WG

시리즈의 유성감속기에 있어서는 후단감속부는 백래쉬를 제거하기 위해 감속기WG

의 백래쉬는 전단부 백래쉬가 후단 감속비의 비율로 발생하였다

백래쉬 발생 부위

유성 차와 태양 차와의 기어 물림 부①

유성 치차와 내치차와의 물림부②

유성 축과 베어링과의 틈새③

클리어런스에 의한 백래쉬 발생의 프로세서는 첫째로 유성축과 유성치차 지지부 베(

어링 과의 틈새 부분에서 발생하고 다음에 내치차와 유성치차오의 치원주) Radial

방향의 틈새로 발생한다 둘째로 다음에 유성치차와 태양치차와의 원주 방향의 틈

새에 의해 백래쉬가 유성치차 회전 할 때 발생한다

백래쉬 량의 계산

유성축과 유성 기어 사이의 틈새에 의한 백래쉬-

δC 유성축과 유성 기어 사이의 틈새

캐리어 유성축 위치 반경r

내치차와 유성치차와의 물림 백래쉬 량-

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δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

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이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 59 -

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

내치 반경R PCD

태양치차와 유성치차 물림 백래쉬량-

δic 물림 원주 방향 백래쉬 량

Rs 태양 치차 반경 PCD

태양치차 회전 각도-

이 유성치차 회전은 출력축 캐리어 에서는 다음과 같은 감속비로 줄어든다( )

유성치차 회전 각도에 대한 출력의 회전각도

비는 가 된다

- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

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- 60 -

이상으로부터 출력축의 백래쉬는 다음과 같다

출력축의 합계 백래쉬는1 =θ θsc + θic + θp 된다

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 28gt Flt 28gt Flt 28gt Flt 28gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의그림 용 고속 고정밀 감속기의 백래쉬백래쉬백래쉬백래쉬 측정측정측정측정lt 29gt Flt 29gt Flt 29gt Flt 29gt FAAAA

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시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

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그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

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시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 61 -

시험방법에 따른 백래쉬 량은 백래쉬 조정 전 후 결과는

백래쉬 조정은 히스테리시스 량 백래쉬가 증가하며1) 108~109

백래쉬 조정 후는 히스테리시스 량 백래쉬가 증가한다2) 114~162

이상으로부터 백래쉬량이 약 분 이하인 것은 약 의 증가로 백래쉬량이 크게10 10

되고 역으로 백래쉬량이 적게 되면 증가하는 경향이 있음을 볼 수 있 150~200

다

그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성그림 용 고속고정밀 감속기의 내구성 테테테테스트스트스트스트lt 30gt Flt 30gt Flt 30gt Flt 30gt FAAAA

- 62 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

소소소소음음음음(d(d(d(dBBBB))))②②②②

부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

- 63 -

효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치그림 용 고속고정밀 감속기의 위치결결결결정정정정 테테테테스트스트스트스트lt 31gt Flt 31gt Flt 31gt Flt 31gt FAAAA

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부하 토르크 입력 회전 속도 별 소음을 측정

부하 토르크 무부하 상태 05timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

소음 측정위치는 측정모델에서 높이 거리 로 하였다1m 1m

소음 측정장비 Sound Level Meter

주파수 측정 범위

소음계의 측정범위는 과 을 각각 특성과Frequency Weighting Time Weighting A

특성으로 하고 분 동안의 등가소음레벨을 측정하였다 주파수 분석 범위는Fast 1

이다25Hz ~ 20KHz

그림 소그림 소그림 소그림 소음음음음 측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비측정위치 및 측정장비lt 32gtlt 32gtlt 32gtlt 32gt

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

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나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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효율효율효율효율(((())))③③③③

부하 토르크 입력 회전 속도 별 효율 입력 출력 토르크 비 를 측정( )

부하 토르크 025timesTR 05timesTR 075timesTR 10timesTR

입력 회전 속도 500 1000 1500 2000 3000(rpm)

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험기시험기시험기시험기lt 33gt Flt 33gt Flt 33gt Flt 33gt FAAAA

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

- 64 -

그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성그림 용 고속고정밀 감속기의 성능능능능시험 프로그시험 프로그시험 프로그시험 프로그램램램램lt 34gt Flt 34gt Flt 34gt Flt 34gt FAAAA

그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성그림 용 고속 고정밀 감속기의 성능능능능시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도시험 화면 구성도lt 35gt Flt 35gt Flt 35gt Flt 35gt FAAAA

- 65 -

결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

- 66 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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결결결결과 정리과 정리과 정리과 정리④④④④

번호 평가항목 평가기준 차시험결과1 차시험결과2 평가결과

1 백래쉬 측정 이하10 arc-min 3 arc-min 1 arc-min 만족

2 소음 이하65 db 60 55 만족

3 내구력 시간20000 시간20000 시간20000 만족

4 효율 이상90 95 95 만족

시제품에 대한 성능 평가결과 백래쉬 소음 및 효율의 항목에 대하여 기술지원 목

표치를 만족하였다

그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기그림 용 고속고정밀 감속기lt 36gt Flt 36gt Flt 36gt Flt 36gt FAAAA

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

- 67 -

나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

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- 68 -

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산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

- 70 -

- 71 -

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정기술지원 내용 및 추진 일정1111

가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계가 기술지원 추진체계

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

바 통한 시스템 구조해석 특성분석 및 개선안 제안 3D Modeling

사 고장원인 분석 및 해결방법제안

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- 68 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

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산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

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이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

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의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

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이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

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- 69 -

기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

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둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

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해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정나 기술지원 추진일정

세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적세부 수행 실적2222

가 추진일정에 따른 기술지원내용 수행 완료

나 고속 고정밀 감속기 및 역설계를 통한 조립 문제점 파악 2D 3D

다 고속 고정밀 감속기 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석

라 감속기 성능시험규격 및 시험방법 분석

마 규격을 통한 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 KS JlS

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사 고장원인 분석 및 해결방법제안

아 월별 기술 회의를 통한 업무추진 및 기술이전

자 기업기술자의 현장기술교육

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 과제의 기술지원 대상인 고속고정밀 감속기는 소형 경량 낮은FA Compact

고효율 저관성 등의 특징에 의해서 기계 장치의 소형화 및 입력Backlash Moment

축과 출력축이 동심이 되는 특징으로 서보 등과 조립되어Motor Stepping Motor

산업용 공작기계 반송기계 로다 무인반송차 자동창고 조립기Robot ( Conveyor)

계 자동화 장치 인쇄기계 식품기계 반도체 제조장치 등 산업분야에 FA省力化

가장 적합하여 국내외 공작기계를 중심으로한 기계부품의 수요가 지속적으로 증가

할 것으로 전망하고 있으며 이 부문의 수출 확대를 위한 첨단기술개발 노력도 경

주하고 있다 따라서 국내에서도 이와 관련된 메카트로닉스 및 산업 기계 자동화

분야에서 필수 불가결한 제품인 백래쉬제어용 감속기의 수요는 상당히 증가할 것으

로 추측되어지고 현재 정밀 감속기의 수입 의존율은 가 넘는 실정에 있어 국 80

내에서 용 고속고정밀 감속기의 기술을 향상한다면 상당한 수입 대체 효과를 얻FA

을 수 있다고 판단되어진다

이에 대해 주 신기기연은 용 고속고정밀 감속기의 국내외 업체에 보급이 가능( ) FA

하고 시장을 선점할 수 있기 위하여 제작 시 입력축 출력축의 제작 정도 Cycloid

판의 치형 정도 내핀의 구멍 위치 및 구멍 가공 정도 외핀 구멍 위치 출Cycloid

력측 플랜지의 내핀 구멍 위치 정도등의 차동기어드라이버의 정밀도에 영향을 미치

는 부품수와 어려운 가공의 문제점 품질 관리에 의하여 어느 정도의 정밀도를 유

지할 수 있으나 일정 기간 사용하게 되면 기어 마모 현상으로 백래쉬 및 효율 등

의 정밀도 제어에 문제점이 발생과 유성치차들의 맞물림 상태가 서로간에 다르고

위상차가 존재하기 때문에 전달 동력과 하중이 균일하게 배분되지 않고 특정 유성

치차에 집중적으로 작용의 해결을 차원 설계 및 해석 어려움 성능 내구성시3 (FEM)

험의 대한 문제점을 해결을 위해 한국기계연구원에 기술지원을 요청했다

이에 한국기계연구원은 고속고정밀 감속기의 초정밀 백래쉬 설계 및 제작기술FA

고강성의 동력전달구조 설계 및 제작기술과 높은 동력전달 효율 향상기술 등을

주 신기기연에 이전해주기 위하여 본 과제를 수행하였으며 고속 고정밀 감속기( )

및 역설계 관련 특허 동향 및 관련 규격 조사 및 분석 성능시험규격 및2D 3D

시험방법 분석 고속 고정밀 감속기 성능 시험 및 평가 통한 시스템 3D Modeling

구조해석 특성분석 및 개선안 제안 고장원인 분석 및 해결방법제안 기업기술자의

현장기술교육 등의 기술지원을 수행하였다 기술 지원결과 넓은 감속비의 새로운

메카니즘 제로 백래쉬에 가까운 초정밀 구동 높은 동력전달효율 구조의 단순성과

박형구조에 의한 경량화 출력측의 다양성 높은 보호등급에 의한 우수한 안정성 등

의 특성 및 기능을 가지게 되어 용 고속고정밀 감속기에 있어 국내 수요를 만족FA

시킬뿐만 아니라 수입대체가 가능할 수 있게 되었다

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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기술적 파급효과

첫째 현재 수입에 의존하고 있는 산업 자동 절단기 공작 기계 산업 기계 및 FA

자동화 분야에 사용되는 차동기어드라이버의 수입 대체 효과

둘째 일반 산업용 자동화 설비에서도 공간이 많이 차지하는 공압식 자동화장치 라

든가 일반 기어 박스형 차동기어드라이버 사용을 감소시켜 값 싼 가격으로 콤팩트

한 차동기어 드라이버 적용이 가능

셋째 차동기어드라이버의 백래쉬 문제의 발생으로 적용이 어려웠던 공장 자동화

산업로봇 및 고정밀 제어 분야에 확대 적용이 가능

해석 및 설계 관련 자체 기술력 향상-

공정개선을 통한 효율성 있는 생산으로 저단가 및 고품질의 차동기어드라이버 생-

산기술 향상

신뢰성이 보장되는 제품을 상용화함으로써 차동기어드라이버의 경쟁력 확보-

경제적 파급효과

중국수출

감속기 형 만원 억원(A ) 50 times800EA=4 －

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times600EA=24

미국수출

감속기 형 만원 억원- (A ) 50 times400EA=2

감속기 형 만원 억원(B ) 40 times400EA=16

기타지역 동남아지역 억원( ) - 1

중국현지 지사체결 총대리점체결( )

미국지사 체결

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