이 실험 소개
두 외접 기어를 맞물려 회전 방향, 각속도 및 전달 토크를 비교합니다. 잇수를 바꾸거나 기어비 프리셋을 사용한 다음, 각 피치원 위의 마커를 추적합니다. 종동 기어는 반대 방향으로 회전합니다. 이 이상적인 무손실 모델에서는 종동 기어가 클수록 더 느리게 회전하지만 더 큰 크기의 토크를 전달합니다.
학습 목표
- 잇수와 각속도 및 회전 방향의 관계 알아보기
- 토크 증대와 속도 감소 비교하기
- 피치선 속도가 같고 이상적으로 동력이 보존되는지 확인하기
- 자전거, 시계, 드릴이 기어비를 이용해 속도와 힘을 어떻게 서로 바꾸는지 설명하세요
사용 방법
- 1기본 설정인 16개 이의 구동 기어와 32개 이의 종동 기어를 작동합니다. 속도와 토크의 크기를 비교합니다.
- 2구동 기어를 이 하나만큼 돌리고 종동 기어의 해당 이가 얼마나 움직이는지 관찰합니다.
- 3입력 토크와 속도를 일정하게 유지한 상태에서 잇수 비율 1:1, 1:2, 2:1 프리셋을 비교합니다.
- 4입력 속도를 0으로 설정합니다. 이상적인 토크비는 여전히 값이 있는데 전달 동력이 0인 이유를 설명합니다.
- 51:2 프리셋에서 32톱니 기어가 정확히 한 바퀴 회전하려면 구동 기어가 몇 바퀴 회전해야 하는지 세어 보세요.
모델
가정
- 기어는 축 간 거리가 고정된 평행축을 가진, 모듈 2 mm의 미끄럼 없는 이상적인 외접 평기어입니다.
- 치형은 정확한 인벌류트 형상이 아니라 개략적으로 나타낸 것입니다. 정량적인 회전비는 피치원의 운동학으로 계산합니다.
- 마찰, 백래시, 축 변형, 회전 관성 및 모터 부하 동특성은 고려하지 않습니다. 입력 속도와 토크는 설정된 값으로 공급됩니다.
- 출력 토크는 크기로 표시합니다. 출력 속도가 음수라는 것은 회전 방향이 반대임을 나타냅니다. 피드백 음은 UI 신호일 뿐, 기어 소리를 녹음한 것이 아닙니다.
수업에서 해 보기
- Q1구동 기어의 잇수는 그대로 둔 채 피동 기어의 잇수를 두 배로 늘리면 출력 속도와 토크는 어떻게 되나요?
- Q2각속도가 서로 다른데도 접선 속도가 같을 수 있는 이유는 무엇인가요?
- Q3속도를 줄여도 동력이 더 생기지 않는 이유는 무엇인가요?
- Q4자전거로 언덕을 올라갈 때 왜 뒤쪽 스프로킷이 큰 기어로 변속하나요?
- Q5기어만 사용하여 출력이 입력과 같은 방향으로 회전하게 하려면 어떻게 해야 하나요?
자주 묻는 질문
외접 기어가 서로 반대 방향으로 회전하는 이유는 무엇인가요?
접촉하는 피치점에서 두 표면은 미끄러짐 없이 함께 움직여야 합니다. 중심이 그 점을 기준으로 서로 반대쪽에 있으므로 회전 방향도 서로 반대여야 합니다.
실제 기어로 표시된 것과 정확히 같은 토크 증가를 얻을 수 있나요?
실제 메커니즘에서는 마찰과 기타 요인으로 동력이 손실되며, 부하와 관성에 따라서도 동작이 달라집니다. 표시된 값은 이상적인 비율과 동력 관계만을 나타냅니다.
아이들러 기어란 무엇인가요?
구동 기어와 피동 기어 사이에 놓이는 기어입니다. 회전 방향을 두 번째로 반전시켜 입력과 출력이 같은 방향으로 회전하게 하지만, 전체 속도비는 바꾸지 않습니다.