하이포이드 기어

하이포이드 기어는 두 축 사이에 직각으로 회전 동력을 전달하는 데 사용되는 독특한 종류의 나선형 베벨 기어입니다. 1920년대 초 Ernest Wildhaber가 발명한 하이포이드 기어는 주로 대형 트럭의 구동렬에 사용되었습니다.

당시 발명의 천재성은 트럭 프레임을 낮출 수 있는 기어 샤프트 사이의 오프셋이었습니다. 이러한 개발은 차량 설계에 큰 영향을 미쳐 차량 내 사용 가능한 공간, 롤링 안정성, 차량 핸들링, 안전, 공기역학 및 연비를 크게 향상시켰습니다. 하이포이드 기어는 여전히 이러한 용도로 사용되지만 산업용 동력 전달 및 모션 제어 산업에서도 그 존재감이 점점 커지고 있습니다.

하이포이드 기어는 두 축 사이에 직각으로 회전 동력 또는 토크를 전달하는 데 사용되는 베벨 기어 유형으로 분류될 수 있습니다. 베벨 기어에는 직선 톱니와 나선형 톱니의 두 가지 기본 범주가 있습니다. 나선형 톱니 베벨 기어는 직선 톱니 베벨 기어보다 더 부드럽고 조용하게 작동하는 것으로 입증되었으며 하이포이드가 가장 유사한 것은 이러한 나선형 베벨 기어입니다.

표준 베벨 기어와 달리 하이포이드 기어 세트의 짝을 이루는 기어 샤프트는 더 작은 기어 샤프트(피니언이라고 함)가 더 큰 기어 샤프트(크라운이라고 함)에서 오프셋되어 있기 때문에 교차하지 않습니다. Wildhaber 씨가 리어 액슬을 염두에 두고 설계한 것은 이러한 비교차 축이며, 위에서 설명한 차량 성능 향상으로 이어집니다.

축 오프셋을 사용하면 가능한 것보다 피니언 직경이 더 크고 나선형 각도가 더 커지므로 접촉 면적과 톱니 강도가 증가합니다. 피니언과 크라운 사이의 나선형 각도로 인해 기어가 매우 부드럽게 맞물립니다. 접촉 면적과 톱니 강도가 증가하면 기어비 범위가 넓어지고 더 많은 양의 토크를 전달할 수 있습니다.

하이포이드 기어 세트 사이의 나선형 각도 및 접촉 면적 증가로 인한 추가 이점으로는 마모 감소, 마찰 감소, 에너지 손실 감소, 효율성 향상 등이 있으며, 이 모든 것이 하이포이드 기어 및 기어박스의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

증가된 나선형 각도와 톱니 강도로 인해 하이포이드 기어는 여러 톱니에 동시에 하중을 전달할 수 있습니다. 한 번에 접촉하는 평균 하이포이드 기어 톱니 수는 2.2:1~2.9:1입니다. 반면 베벨 기어는 한 번에 하나의 기어 톱니만 로드됩니다. 톱니 간 접촉이 많을수록 하이포이드 기어는 비슷한 크기의 베벨 기어에 비해 더 큰 토크를 전달할 수 있습니다. 더 많은 토크를 전달하는 것 외에도 하이포이드 기어 및 기어박스는 동일한 토크 정격을 갖는 베벨 기어박스보다 더 작고 컴팩트한 경향이 있으므로 좁은 공간이 관련된 응용 분야에 더 적합합니다.

베벨 기어와 베벨 기어박스는 1:1과 2:1 비율로 가장 일반적이며 일부 제조업체에서는 최대 5:1 비율을 제공합니다. 대조적으로, 하이포이드 기어는 1:1 및 2:1 적용에 대한 솔루션을 제공하지 않습니다. 그러나 3:1에서 10:1까지의 비율을 효율적으로 달성하여 단일 기어단으로 더 많은 비율 옵션을 제공합니다. 감속비는 속도와 관련이 있으며, 여기서 하이포이드 기어박스는 베벨 기어박스에 비해 또 다른 중요한 이점을 누리고 있습니다. 대부분의 베벨 기어박스는 과열 없이 1,500rpm 이상의 속도를 처리할 수 없는 반면, 하이포이드 기어박스는 최대 3,000rpm까지 연속 입력 속도에 도달할 수 있습니다.

하이포이드 기어세트 사이의 메시는 슬라이딩 동작을 포함하므로 매우 부드럽고 조용한 변속기를 제공합니다. 결과적으로, 더 높은 속도에서 소음이 발생하는 베벨 기어에 비해 더 낮은 소음 수준으로 더 높은 하중을 전달할 수 있습니다.

하이포이드 기어는 베벨 기어보다 더 많은 비율, 더 높은 토크 용량, 더 높은 주행 속도 및 더 적은 소음을 제공합니다. 그러나 하이포이드 기어는 일반적으로 최대 99%의 효율 등급을 가질 수 있는 유사한 나선형 베벨 기어 세트보다 효율이 낮습니다(90~95%). 하이포이드 기어의 효율은 축 오프셋이 증가함에 따라 감소하며, 하이포이드 기어 톱니의 슬라이딩 작용으로 인한 기어 마모를 방지하기 위해 윤활에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 하이포이드는 극압 첨가제를 사용한 윤활이 필요한 반면 베벨 기어는 표준 기어 그리스 또는 오일을 사용하여 작동할 수 있습니다.