앵글 기어박스의 정확한 사이징 방법
적절한 기어 박스 사이징이 장비에서 큰 차이를 가져온다는 것은 자명한 사실이다. 이에 대한 다양한 적용 요인을 고려하지 않으면 향후 예상치 못한 문제에 직면하게 된다. 예를 들어 유지 관리 증가, 기어 마모 및 MTBF(mean time between failure, 평균 고장 간격) 감소 등이다. 이 기사에서는 Andantex ANGLgear 앵글 기어박스의 정확한 사이징을 위해 애플리케이션 정보를 적용하는 방법에 대해 설명해 보기로 한다.
목표 속도 및 출력 토크 결정
사이징을 시작하려면 애플리케이션에서 전송되어야 하는 마력 또는 토크를 결정해야 한다. 다음으로 요구 사항을 충족하기 위해 출력 샤프트가 얼마나 빨리 회전하는지 고려해야 한다. 또한 기어박스 샤프트에 적용되는 축 방향 하중과 반경 방향 하중을 모두 살펴봐야 한다.
출력 및 토크 요구 사항이 증가함에 따라 더 큰 힘을 전달하기 위해 기어 세트 직경도 증가된다. 기어셋의 직경이 커짐에 따라 더 큰 기어를 수용하기 위해 기어박스 하우징도 커진다. 힘과 속도를 알면 항상 토크를 계산할 수 있으며 또는 토크와 속도를 알면 동력을 계산할 수 있다. 토크와 마력을 결정하는 공식은 <표1>에 나와 있다. 축 방향 및 레이디얼 하중 등급은 <표2>에서 확인할 수 있다.
<표1> ANGLgear 앵글 기어박스의 서비스 요소
앵글 기어박스가 정격보다 높은 토크 또는 하중에 노출되면 과부하 상황으로 인해 결국 수명이 단축된다. 과부하가 심하지 않은 경우 기어박스는 일정 시간 동안 정상적으로 작동할 수 있다. 심한 과부하는 베어링 손상, 기어 이빨 파손 또는 둘 다를 초래할 수 있다. 축방향 또는 경방향 하중 정격을 초과하면 베어링 수명이 단축된다. 이것이 일부 기어박스 설계자가 기어박스를 구동 모터에 맞게 사이징을 하려고 하며, 결국 기어박스 크기가 커지는 이유다.
예를 들어, 애플리케이션에 ¾hp가 필요한 경우 모터 제조업체는 1hp 모터를 권장할 수 있으며, 고객은 1hp용으로 기어박스를 선택하게 되는 경향이 있다. 기어박스는 필요한 것보다 훨씬 더 큰 토크는 전달할 수 있지만 가격, 크기 및 무게가 더 높아질 것이다. 그렇기 때문에 기어박스의 서비스 요소의 요구 사항을 결정하는 것이 중요하다.
서비스 요소 이해
기어박스 제조업체는 일반적으로 일일 서비스 시간 및 부하 유형(균일한 중간 정도의 충격)에 따른 기어박스의 작업 조건을 설명하는 차트를 게시한다. ANGLgear 앵글 기어박스의 서비스 계수는 <표1>에 나와 있다. 높은 충격 또는 충격 하중은 기어 이빨과 베어링을 조기에 손상시킬 수 있다. 애플리케이션이 기어박스에 균일하지 않은 하중을 가할 것으로 예상되는 경우 해당 하중을 설명할 적절한 서비스 요소를 결정하려면 제조업체에 문의해야 한다.
<표2> Andantex ANGLgear 선택 차트
앵글 기어박스 사이징 방법
1. 애플리케이션에 필요한 출력 속도와 토크를 결정한다. ANGLgear 앵글 기어박스의 최대 권장 출력 속도는 1:1 장치의 경우 3000rpm, 2:1 장치의 경우 1500rpm이다. (참고: 2:1 장치는 속도 증속 장치로 사용하지 않는 것이 좋다.)
2. <표1>에서 애플리케이션 서비스 요소를 선택한다. 토크에 선택한 서비스 요소를 곱한다.
3. <표2>를 사용하여 왼쪽 열에서 출력 속도를 찾는다. 출력 속도가 표시되지 않으면 다음으로 높은 속도를 사용한다. 필요한 비율(1:1 또는 2:1)에 따라 수정된 토크 값보다 큰 토크 값을 찾을 때까지 차트를 따라간다.
4. 애플리케이션의 단위 크기는 해당 열의 맨 위에 있다. ANGLgear는 5가지 크기로 제공되며 열 하단에는 선택한 크기에 사용할 수 있는 다양한 모델이 있다. 기어비와 필요한 샤프트 수(2개 또는 3개)에 따라 모델 번호를 선택한다. 주문 시 선택한 모델명과 원하는 비율을 함께 사용하면 된다.
5. <표2>의 하중과 비교하여 장치에 적용된 경방향 및 스러스트 하중을 확인한다. 적용된 하중이 차트 값보다 크면 더 큰 단위를 선택한다.
크기를 키워야 할 때
기어박스의 크기를 너무 크게 하지 않는 것이 중요하지만 사양에 따라 크기를 늘려야 하는 경우가 있다.
• 오버행 하중: 오버행 하중(Overhung loads)을 해결하지 못하면 베어링 수명이 감소하고 기어 이빨이 열화될 수 있어 오정렬 기어가 발생할 수 있다. 오버행 하중이 예상되는 경우 제조업체는 특정 기어박스 크기에 대해 허용 가능한 오버행 하중 값을 게시한다. 오버행 하중이 해당 값을 초과하는 경우 제조업체는 일반적으로 한 단계 높은 크기를 권장한다.
• 샤프트: ANGLgear 기어박스는 출력 샤프트와 함께 사용할 수 있다. 크기가 애플리케이션의 요구 사항보다 작은 경우 더 큰 크기를 고려하거나 제조업체와 협력하여 맞춤형 기어 박스를 만든다. Andantex는 맞춤형 기어 박스 제작을 전문으로 하며 특수 샤프트 길이 및 구성으로 장치를 설계·수정할 수 있다.
• 적용 하중: 앞서 언급한 바와 같이 적용된 하중 값이 제조업체 차트의 값보다 크면 이를 수용할 수 있는 크기로 이동한다. 기어박스가 애플리케이션에 연결되는 방식을 고려해야 한다. 직접 연결하든 벨트나 체인 드라이브를 통해 연결하든, 연결 방법은 기어박스가 처리할 방사형 하중을 계산하는 데 중요하다.
환경 및 건설 등 고려 사항
선택하는 동안 기어박스의 크기를 결정하기 위해 동력, 토크 및 부하 계수를 적용하는 것 외에도 장치의 작동 환경 및 구성과 관련된 측면도 고려해야 한다. 예를 들어, 알루미늄 하우징은 ANGLgear 기어박스의 표준이다.
그러나 부식성 화학 물질이 있는 경우와 같은 특정 조건에서 알루미늄이 항상 최적인 것은 아니다. 식품 및 음료 환경은 기어박스 하우징에서도 가혹할 수 있다. 그들은 빈번한 세척과 가혹한 화학 물질에 노출될 것이다. 이러한 환경을 위해 Andantex는 ANGLgear ‘스페셜’을 제공한다. 하드 아노다이징 코팅, 니켈 도금 알루미늄 하우징 및 적절한 샤프트 씰이 있는 에폭시 페인트 하우징으로 맞춤화된 장치이다.
기타 고려 사항은 다음과 같다.
• 고온: 제조업체는 고온 환경에 주의를 기울여야 한다.
• 백래시: 리버싱 및 포지셔닝 애플리케이션의 경우 수정된 기어박스 또는 제로 백래시를 보장하도록 구성된 기어박스를 고려한다.
• 진공, 고열 및 식품 환경에 적용하기 위한 특수 그리스 및 코팅: 기어박스 제조업체는 이러한 애플리케이션에 대한 크기 조정 지원을 제공할 수 있다.
• 수동 작동: 때때로 엔지니어는 사람이 허용치보다 더 많은 힘을 가할 수 있다는 점을 고려하지 않고 수동 시스템용으로 더 작은 기어박스를 지정한다.
▲ ANGLgear 기어박스에는 반대 회전 입력-출력 샤프트(왼쪽 그림) 또는 입력-출력 샤프트의 동일한 회전(오른쪽 그림)이 장착될 수 있다.
자료제공: Andantex(www.andantex.com)
