회전하는 부품이 있는 거의 모든 것에서 기어를 볼 수 있습니다. 예를 들어, 자동차 엔진과 변속기에는 많은 기어가 있습니다. VCR을 열고 내부를 보면 기어가 가득 차 있음을 알 수 있습니다. 와인드업, 할아버지 및 진자 시계에는 많은 기어가 포함되어 있습니다. 특히 종이나 차임이 있는 경우에는 더욱 그렇습니다. 아마도 집 옆에 파워미터가 있을 것이고, 덮개가 투명하게 되어 있다면 10개 또는 15개의 기어가 들어 있음을 알 수 있습니다. 기어는 회전 운동을 생성하는 엔진과 모터가 있는 모든 곳에 있습니다. How Stuff Works 이번 호에서 , 기어, 기어비 및 기어 트레인에 대해 학습하여 보고 있는 모든 다른 기어가 무엇을 하는지 이해할 수 있습니다.
기어는 일반적으로 다음 네 가지 이유 중 하나로 사용됩니다.
위 그림에서 1, 2, 3의 효과를 볼 수 있습니다. 이 그림에서 두 개의 기어가 반대 방향으로 회전하고 있고 작은 기어가 큰 기어보다 두 배 빠르게 회전하며 회전축이 작은 기어의 회전축은 큰 기어의 회전축 오른쪽에 있습니다. 한 기어가 다른 기어보다 두 배 빠르게 회전한다는 사실은 비율의 결과입니다. 기어 간 또는 기어 비율 (자세한 내용은 기어비 차트를 확인하십시오.) 이 그림에서 왼쪽 기어의 지름은 오른쪽 기어의 두 배입니다. 따라서 기어비는 2:1("2:1"로 발음)입니다. 그림을 보면 비율을 알 수 있습니다. 큰 기어가 한 번 돌 때마다 작은 기어가 두 번 회전합니다. 두 기어의 지름이 같으면 같은 속도로 회전하지만 방향은 반대인 것을 알 수 있습니다.
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원주의 개념을 이해하면 기어비의 개념을 이해하기 쉽습니다. 원의. 원의 둘레는 원의 지름에 Pi를 곱한 것과 같습니다. (파이는 3.14159...와 같습니다.) 따라서 지름이 1인치인 원이나 기어가 있는 경우 해당 원의 둘레는 3.14159인치가 됩니다. 다음 그림은 지름이 1.27인치인 원의 둘레가 4인치:지름이 1.27인치/2 =0.635인치인 다른 원이 있고 이 그림과 같은 방식으로 굴렸다고 가정해 보겠습니다. 지름이 그림에서 원의 절반이기 때문에 동일한 4인치 선을 덮기 위해 두 번 완전히 회전해야 합니다. 이것은 하나가 다른 절반만큼 큰 두 기어의 기어비가 2:1인 이유를 설명합니다. 더 작은 기어는 더 큰 기어가 한 번 회전할 때 이동하는 동일한 거리를 커버하기 위해 두 번 회전해야 합니다.
실생활에서 볼 수 있는 대부분의 기어에는 이빨이 있습니다. 치아에는 세 가지 장점이 있습니다.
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기차의 오른쪽(보라색) 기어는 실제로 그림과 같이 두 부분으로 만들어집니다. 작은 기어와 큰 기어가 서로 연결되어 있습니다. 기어 트레인은 종종 다음 두 그림과 같이 트레인의 여러 기어로 구성됩니다.
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위의 경우 보라색 기어는 파란색 기어의 두 배 속도로 회전합니다. 녹색 기어는 보라색 기어보다 두 배 속도로 회전합니다. 빨간색 기어는 녹색보다 두 배 속도로 회전합니다. 아래에 표시된 기어 트레인은 기어비가 더 높습니다.
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이 기차에서 작은 기어는 큰 기어의 1/5 크기입니다. 즉, 보라색 기어를 100rpm으로 회전하는 모터에 연결하면(분당 회전 수) 녹색 기어는 500rpm, 빨간색 기어는 2,500rpm의 속도로 회전합니다. 같은 방식으로 2,500rpm 모터를 빨간색 기어에 연결하여 보라색 기어에서 100rpm을 얻을 수 있습니다. 파워미터 내부를 보면 5개의 기계식 다이얼이 있는 구식이라면 5개의 다이얼이 10:1 비율의 기어비로 이와 같은 기어 트레인을 통해 서로 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 다이얼은 서로 직접 연결되어 있기 때문에 반대 방향으로 회전합니다. 기어비에 대한 자세한 내용은 기어비 차트를 참조하십시오.
기어를 사용하는 다른 많은 방법이 있습니다. 예를 들어, 원추형 기어를 사용하여 기어 트레인의 회전 축을 90도 구부릴 수 있습니다. 이와 같은 원추형 기어를 찾는 가장 일반적인 장소는 후륜구동 자동차의 차동장치입니다. 디퍼렌셜은 엔진 회전을 90도 구부려 뒷바퀴를 구동합니다.
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또 다른 특수 기어 트레인은 유성 기어 트레인이라고 합니다. . 유성 기어는 다음 문제를 해결합니다. 6:1의 기어비를 원한다고 가정해 보겠습니다. 이 비율을 생성하는 한 가지 방법은 다음 3단 기어 트레인을 사용하는 것입니다.
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이 기차에서 빨간색 기어는 노란색 기어의 직경의 3배이고 파란색 기어는 빨간색 기어의 직경의 2배입니다(6:1 비율 제공). 그러나 출력 기어의 축이 입력 기어의 축과 같기를 원한다고 상상해 보십시오. 이 같은 축 기능이 필요한 일반적인 위치는 전동 드라이버입니다. 이 경우 다음과 같이 유성 기어 시스템을 사용할 수 있습니다.
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이 기어 시스템에서 노란색 기어는 세 개의 빨간색 기어 모두에 동시에 맞물립니다. 3개 모두 플레이트에 부착되어 있으며 내부와 맞물립니다. 외부 대신 파란색 기어. 하나가 아닌 세 개의 빨간색 기어가 있기 때문에 이 기어 트레인은 매우 견고합니다. 출력 샤프트는 플레이트에서 가져오고 파란색 기어는 고정되어 있습니다. 전동 드라이버 페이지에서 2단 유성 기어 시스템의 사진을 볼 수 있습니다.
마지막으로 다음 상황을 상상해 보십시오. 동기화를 유지하고 싶은 두 개의 빨간색 기어가 있지만 서로 약간 떨어져 있습니다. 회전 방향이 같게 하려면 그 사이에 큰 기어를 배치할 수 있습니다.
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또는 회전 방향이 반대가 되도록 하려면 두 개의 동일한 크기의 기어를 사용할 수 있습니다.
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그러나 이 두 경우 모두 추가 기어가 무거울 수 있으므로 이를 위한 차축을 만들어야 합니다. 이러한 경우 일반적인 해결책은 체인 또는 톱니 벨트 , 여기에 표시된 대로:
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체인과 벨트의 장점은 가벼운 무게, 두 개의 기어를 일정 거리만큼 분리할 수 있는 능력, 많은 기어를 같은 체인이나 벨트에 함께 연결할 수 있는 능력입니다. 예를 들어, 자동차 엔진에서 동일한 톱니 벨트가 크랭크축, 2개의 캠축 및 교류 발전기와 맞물릴 수 있습니다. 벨트 대신 기어를 사용해야 한다면 훨씬 더 힘들겠죠! 기어비에 대한 자세한 내용은 기어비 차트를 참조하십시오.
최초 발행일:2000년 4월 1일
