웜 기어 효율·자동잠김 계산기

웜휠 잇수 ÷ 웜 줄수입니다. 웜이 한 바퀴 돌면 웜휠은 웜의 줄 수만큼 이가 넘어가기 때문입니다. 1줄 웜에 40잇 웜휠이면 40:1입니다. 웜의 지름은 감속비에 들어가지 않으므로 평기어처럼 지름비로 계산하면 완전히 틀립니다.

30~90%로 크게 흔들립니다. 이가 굴러가지 않고 미끄러지기 때문입니다. 리드각이 크면(웜이 가늘고 줄이 많으면) 효율이 좋고, 작으면 감속비는 크지만 효율이 떨어집니다. 다른 기어처럼 98%로 놓고 넘어갈 수 없는 것이 웜의 특징입니다.

η = (cos φ − f·tanγ) / (cos φ + f·cotγ)입니다. γ는 리드각, φ는 법선 압력각, f는 마찰계수입니다. 웜휠이 구동하는 역방향은 γ 자리의 tan과 cot이 서로 바뀐 η′ = (cos φ − f·cotγ) / (cos φ + f·tanγ)입니다.

리드각이 마찰각보다 작을 때, 즉 tanγ ≤ f / cos φ일 때 일어납니다. 이때 역방향 효율이 0 이하가 되어 웜휠 쪽에서 아무리 힘을 줘도 웜을 돌릴 수 없습니다. 승강기나 리프트에서 전원이 나가도 짐이 내려오지 않는 것이 이 성질 덕입니다.

없습니다. 자동잠김이면 정방향 효율이 반드시 50% 아래입니다. 잠금과 효율은 같은 리드각을 놓고 반대 방향으로 당기는 맞바꿈이라 둘 다 가질 수 없습니다. 효율이 필요하면 잠금을 포기하고 별도의 브레이크를 두어야 합니다.

정지 상태에서만 믿을 수 있습니다. 진동이 실리면 순간적으로 마찰이 줄어 역구동이 일어나기 때문입니다. 사람이 다칠 수 있는 자리에는 자동잠김만 믿지 말고 반드시 별도의 브레이크나 래칫을 두어야 합니다.

미끄럼속도에 따라 다릅니다. 정지에 가까울 때는 0.1~0.15지만 속도가 올라가면 유막이 생겨 0.02~0.05까지 떨어집니다. 재질 조합(강-인청동, 강-강)과 윤활유에 따라서도 달라져 표로 박을 수 없으므로 직접 넣어야 합니다.

웜 기어의 발열이 여기서 나오기 때문입니다. 이가 굴러가지 않고 미끄러지므로 미끄럼속도가 피치원 속도를 cos γ로 나눈 값이 되어 늘 더 빠릅니다. 실제 설계에서는 강도보다 열용량(방열 한계)이 정격을 정하는 경우가 많습니다.

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