웜 기어는 주로 고감속비로 사용되는 동력 전달 부품으로, 축 회전 방향을 변경하고 평행하지 않은 회전축 사이의 속도를 낮추고 토크를 증가시키는 역할을 합니다. 웜 기어는 서로 교차하지 않는 수직 축을 가진 축에 사용됩니다. 맞물리는 기어의 톱니가 서로 미끄러져 지나가기 때문에 웜 기어는 다른 기어 구동 장치에 비해 효율이 낮지만, 매우 좁은 공간에서는 속도를 크게 낮출 수 있어 다양한 산업 분야에 활용됩니다. 웜 기어는 기본적으로 맞물리는 톱니의 형상에 따라 단일 엔벨로핑(single-enveloping)과 이중 엔벨로핑(double-enveloping)으로 분류할 수 있습니다. 본 문서에서는 웜 기어의 작동 원리와 일반적인 응용 분야에 대해 설명하고, 웜 기어의 작동 원리를 살펴봅니다.

원통형 웜기어

웜의 기본 형태는 스퍼 기어를 생성하는 인벌류트 랙입니다. 랙 톱니는 직선 벽을 가지고 있지만, 기어 블랭크에 톱니를 생성하는 데 사용하면 인벌류트 스퍼 기어의 익숙한 곡선 톱니 형태를 생성합니다. 이 랙 톱니 형태는 본질적으로 웜 몸체를 감싸고 있습니다. 맞물리는 웜휠 로 구성되어 있습니다헬리컬 기어웜 톱니의 각도와 일치하는 각도로 절단된 톱니. 진정한 스퍼(spur) 모양은 톱니가 웜을 감싸도록 휘어져 휠의 중앙 부분에서만 나타납니다. 맞물림 동작은 랙이 피니언을 구동하는 동작과 유사하지만, 랙의 병진 운동이 웜의 회전 운동으로 대체됩니다. 휠 톱니의 곡률은 때때로 "스로티드(throated)"라고 표현됩니다.

웜은 최소 하나에서 최대 네 개(또는 그 이상)의 나사산, 즉 스타트를 갖습니다. 각 나사산은 웜 휠의 톱니와 맞물리는데, 웜 휠은 웜보다 톱니가 훨씬 많고 지름이 훨씬 큽니다. 웜은 어느 방향으로든 회전할 수 있습니다. 웜 휠은 보통 톱니가 최소 24개이며, 웜 나사산과 휠 톱니의 합은 보통 40개 이상이어야 합니다. 웜은 샤프트에 직접 제작하거나 별도로 제작하여 나중에 샤프트에 끼울 수 있습니다.
많은 웜 기어 감속기는 이론적으로 자체 잠금 기능을 갖추고 있습니다. 즉, 웜 휠에 의해 역구동될 수 없으며, 이는 호이스트와 같은 많은 경우에 유리합니다. 역구동이 필요한 경우, 웜과 휠의 형상을 조정하여 역구동을 허용할 수 있습니다(종종 여러 번 시동해야 할 수 있습니다).
웜과 휠의 속도 비율은 휠 이빨 수와 웜 나사산의 비율(직경이 아님)에 따라 결정됩니다.
웜은 휠보다 상대적으로 마모가 심하기 때문에, 종종 서로 다른 재질이 사용됩니다. 예를 들어, 강화 강철 웜이 청동 휠을 구동하는 방식이 있습니다. 플라스틱 웜 휠도 있습니다.

단일 및 이중 엔벨로핑 웜 기어

포위형(enveloping)은 웜 휠의 톱니가 웜을 부분적으로 감싸거나 웜 톱니가 휠을 부분적으로 감싸는 방식을 말합니다. 이렇게 하면 접촉 면적이 더 넓어집니다. 단일 포위형 웜 기어는 원통형 웜을 사용하여 휠의 스로티드 톱니와 맞물립니다.
더 넓은 톱니 접촉면을 만들기 위해, 웜 휠의 곡률에 맞춰 웜 자체에 모래시계 모양의 스로트(throated)를 적용하는 경우가 있습니다. 이러한 설정은 웜의 축 방향 위치를 신중하게 조정해야 합니다. 이중 엔벨로핑 웜 기어는 가공이 복잡하고 단일 엔벨로핑 웜 기어보다 적용 범위가 적습니다. 기계 가공 기술의 발전으로 이중 엔벨로핑 설계는 과거보다 더욱 실용적이 되었습니다.
교차축 헬리컬 기어는 때때로 비포괄형 웜 기어라고도 합니다. 항공기 클램프는 비포괄형 설계일 가능성이 높습니다.

응용 프로그램

웜기어 감속기의 일반적인 응용 분야는 벨트 컨베이어 구동 장치입니다. 벨트가 모터에 비해 상대적으로 느리게 움직이기 때문에 고감속비가 필요합니다. 웜 휠을 통한 역구동에 대한 저항은 컨베이어 정지 시 벨트의 역전을 방지하는 데 사용될 수 있습니다. 다른 일반적인 응용 분야로는 밸브 액추에이터, 잭, 원형 톱 등이 있습니다. 웜기어 감속기는 때때로 인덱싱이나 망원경 및 기타 계측기의 정밀 구동 장치로 사용됩니다.
웜 기어는 나사의 너트처럼 모든 운동이 본질적으로 미끄러지기 때문에 열이 문제가 됩니다. 밸브 액추에이터의 경우, 듀티 사이클이 간헐적일 가능성이 높으며 열은 드문 작동 사이에 쉽게 발산될 것입니다. 연속 작동이 가능한 컨베이어 드라이브의 경우, 열은 설계 계산에서 중요한 역할을 합니다. 또한, 웜 드라이브에는 톱니 사이의 높은 압력과 서로 다른 웜 및 휠 재질 사이의 마모 가능성 때문에 특수 윤활제가 권장됩니다. 웜 드라이브 하우징에는 오일의 열을 발산하기 위한 냉각 핀이 장착된 경우가 많습니다. 거의 모든 냉각이 가능하므로 웜 기어의 열 요소는 고려 사항이지만 제한 사항은 아닙니다. 웜 드라이브가 효과적으로 작동하려면 일반적으로 오일의 온도를 200°F(90°C) 이하로 유지하는 것이 좋습니다.
백드라이빙은 헬릭스 각도뿐만 아니라 마찰이나 진동과 같은 정량화하기 어려운 다른 요인들에 따라 발생하기도 하고 그렇지 않기도 합니다. 백드라이빙이 항상 발생하거나 발생하지 않도록 하려면, 웜 드라이브 설계자는 이러한 다른 변수들을 무시할 만큼 충분히 가파르거나 얕은 헬릭스 각도를 선택해야 합니다. 안전이 중요한 경우, 신중한 설계는 종종 셀프락킹 드라이브와 함께 이중 제동을 통합하는 것을 제안합니다.
웜 기어는 내장형 유닛과 기어 세트로 제공됩니다. 일부 유닛은 서보모터가 내장된 형태로 제공되거나 다중 속도 설계로 제공될 수 있습니다.
고정밀 감속이 필요한 어플리케이션에는 특수 정밀 웜과 제로 백래시 버전이 제공됩니다. 일부 제조업체에서는 고속 버전을 제공합니다.