웜 기어는 주로 평행하지 않은 회전축 사이에서 회전 방향을 바꾸고 속도를 줄이며 토크를 증가시키는 고감속비 동력 전달 부품입니다. 이 기어는 서로 교차하지 않고 수직인 축에 사용됩니다. 맞물리는 기어의 톱니가 서로 미끄러지듯 움직이기 때문에 다른 기어 구동 장치에 비해 효율이 떨어지지만, 매우 작은 공간에서 큰 감속을 제공할 수 있어 다양한 산업 분야에서 활용됩니다. 웜 기어는 맞물리는 톱니의 형상에 따라 단일 포락형과 이중 포락형으로 분류됩니다. 본문에서는 웜 기어의 작동 원리와 일반적인 적용 사례를 설명합니다.

원통형 웜 기어

웜 기어의 기본 형태는 스퍼 기어를 만드는 데 사용되는 인벌류트 랙입니다. 랙의 톱니는 직선형 벽을 가지고 있지만, 기어 블랭크에 톱니를 만들 때 사용하면 인벌류트 스퍼 기어에서 흔히 볼 수 있는 곡선형 톱니 모양이 생성됩니다. 이 랙 톱니 모양은 기본적으로 웜 기어의 몸체를 감싸듯이 감겨 있습니다. 맞물리는 부분은 웜휠 는 다음과 같이 구성됩니다.헬리컬 기어톱니는 웜 기어의 톱니 각도와 일치하는 각도로 절삭됩니다. 진정한 스퍼 기어 형태는 톱니가 웜 기어를 감싸도록 휘어지는 중앙 부분에서만 나타납니다. 맞물림 동작은 랙이 피니언을 구동하는 것과 유사하지만, 랙의 병진 운동이 웜 기어의 회전 운동으로 대체된다는 점이 다릅니다. 톱니의 곡률은 때때로 "목이 파인(throated)" 형태라고 표현됩니다.

웜 기어는 최소 하나에서 최대 네 개(또는 그 이상)의 나사산(스레드)을 가집니다. 각 나사산은 웜 기어 휠의 톱니에 맞물리는데, 웜 기어 휠은 웜 기어보다 톱니 수가 훨씬 많고 직경도 훨씬 큽니다. 웜 기어는 양방향으로 회전할 수 있습니다. 웜 기어 휠은 일반적으로 최소 24개의 톱니를 가지며, 웜 기어의 나사산 수와 휠 톱니 수의 합은 보통 40개 이상이어야 합니다. 웜 기어는 축에 직접 제작하거나 별도로 제작하여 나중에 축에 끼울 수 있습니다.
많은 웜 기어 감속기는 이론적으로 자체 잠금 기능을 갖추고 있어 웜 기어에 의한 역구동이 불가능합니다. 이는 호이스팅과 같은 작업에서 여러 가지 이점을 제공합니다. 역구동이 필요한 경우에는 웜과 기어의 형상을 조정하여 역구동이 가능하도록 할 수 있습니다(이 경우 여러 번 시동을 걸어야 하는 경우가 많습니다).
웜 기어와 휠의 속도비는 휠 톱니 수와 웜 기어 나사산 수의 비율에 의해 결정됩니다(직경이 아닙니다).
웜 기어는 휠에 비해 마모가 훨씬 심하기 때문에, 경화강 웜 기어가 청동 휠을 구동하는 것처럼 서로 다른 재질을 사용하는 경우가 많습니다. 플라스틱 웜 기어도 있습니다.

단일 및 이중 포락형 웜 기어

감싸는 형태란 웜 기어의 톱니가 웜을 부분적으로 감싸거나, 웜의 톱니가 기어 바퀴를 부분적으로 감싸는 방식을 말합니다. 이러한 형태는 접촉 면적을 넓혀줍니다. 단일 감싸는 형태의 웜 기어는 원통형 웜을 사용하여 기어 바퀴의 톱니와 맞물립니다.
치면적을 더욱 넓히기 위해, 때로는 웜 자체를 모래시계 모양으로 만들어 웜 휠의 곡률에 맞추기도 합니다. 이러한 구조는 웜의 축 방향 위치를 정밀하게 조정해야 합니다. 이중 포락형 웜 기어는 가공이 복잡하여 단일 포락형 웜 기어보다 사용 빈도가 낮습니다. 하지만 가공 기술의 발전으로 이중 포락형 설계가 과거보다 훨씬 더 실용적으로 사용되고 있습니다.
교차축 헬리컬 기어는 때때로 비포괄형 웜 기어라고도 합니다. 항공기 클램프는 비포괄형 설계일 가능성이 높습니다.

응용 프로그램

웜 기어 감속기는 벨트 컨베이어 구동 장치에 흔히 사용됩니다. 벨트가 모터에 비해 상대적으로 느리게 움직이기 때문에 높은 감속비가 필요합니다. 웜 기어의 역회전 저항을 이용하여 컨베이어가 정지했을 때 벨트가 역회전하는 것을 방지할 수 있습니다. 그 외에도 밸브 액추에이터, 잭, 원형 톱 등에 사용되며, 때로는 망원경이나 기타 계측기의 인덱싱 또는 정밀 구동 장치에도 사용됩니다.
웜 기어는 본질적으로 나사에 너트가 조여지는 것처럼 미끄러지는 움직임을 하기 때문에 열 발생이 중요한 문제입니다. 밸브 액추에이터의 경우 작동 주기가 간헐적일 가능성이 높고, 작동 빈도가 낮기 때문에 열이 쉽게 발산될 수 있습니다. 그러나 컨베이어 드라이브처럼 연속적으로 작동하는 경우에는 열이 설계 계산에서 큰 영향을 미칩니다. 또한 웜 기어는 톱니 사이의 높은 압력과 웜과 휠의 재질 차이로 인한 마모 가능성 때문에 특수 윤활유를 사용하는 것이 좋습니다. 웜 기어 하우징에는 오일의 열을 발산하기 위한 냉각 핀이 장착되는 경우가 많습니다. 냉각 방식은 거의 모든 수준에서 구현 가능하므로 웜 기어의 열적 요소는 고려 사항이지만 설계 제한 요소는 아닙니다. 일반적으로 웜 기어의 효율적인 작동을 위해서는 오일 온도를 200°F(약 93°C) 이하로 유지하는 것이 좋습니다.
역회전 현상은 나선 각도뿐만 아니라 마찰 및 진동과 같은 정량화하기 어려운 여러 요인에 따라 발생 여부가 결정됩니다. 역회전이 항상 발생하거나 발생하지 않도록 하려면 웜 기어 드라이브 설계자는 이러한 다른 변수들을 상쇄할 수 있을 만큼 충분히 가파르거나 완만한 나선 각도를 선택해야 합니다. 안전이 중요한 경우, 신중한 설계를 위해 자체 잠금 기능이 있는 드라이브와 함께 이중 제동 장치를 통합하는 것이 좋습니다.
웜 기어는 하우징형 유닛과 기어 세트 형태로 모두 제공됩니다. 일부 유닛은 서보 모터가 내장되어 있거나 다단 속도 설계로 제작될 수 있습니다.
높은 정밀도의 감속이 필요한 용도를 위해 특수 정밀 웜 기어 및 백래시 제로 버전이 제공됩니다. 일부 제조업체에서는 고속 버전도 제공합니다.