목차

1. 감속기의 원리와 구성

2. 감속기 업계 동향

3. 떠오르는 유성치차감속기

4. 업체 탐방 - 흥진에이티

1. 감속기의 원리와 구성 

감속기는 ‘속도를 줄이는 장치’라는 뜻을 가지고 있다. 말 그대로 동력원의 속도를 줄이는 역할을 한다. 왜 굳이 속도를 줄이는 것일까? 어떤 원리로 작동하는 것일까? 감속기의 진정한 역할은 무엇일까? 그리고 감속기의 종류에는 무엇이 있을까? 굵직한 질문들을 골라 간략한 답변을 달아보았다.

감속기란?

감속기는 그 이름에서 알 수 있듯 속도를 줄이는 장치다. 모터 등의 동력원이 가지고 있는 속도를 줄이는 역할을 한다.

속도를 줄이는 이유는 무엇일까? 더 큰 힘을 내는 것이다. 자동차의 저단 기어가 더 높은 힘을 발휘하듯, 모터의 속도가 줄어들면 더 큰 힘을 출력하게 된다. 구체적으로, 모터의 동력이 일정한 상태에서 모터의 회전수를 줄이면 토크가 증가한다. 감속기의 진정한 역할은 바로 모터의 작동 속도를 줄임으로써 더 큰 힘을 전달하는 것이다.
 

감속기의 원리를 적용한 사례는 일상 에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 위에서 예로 들었던 자동차의 변속 기어부터 시작해, 거중기나 지렛대 등도 감속기와 동일한 원리를 활용하고 있다.

감속기의 이점

감속기를 사용하면 작은 모터를 사용하면서도 거대한 시설이나 커다란 장비를 구동할 수 있게 된다. 더 높은 힘을 필요로 하는 장치를 보다 작은 모터로도 작동시킬 수 있는 것.

또한 큰 모터를 구비하지 않고도 큰 힘을 늘릴 수 있으므로 모터 구매에 대한 부담이 줄고(비용), 모터가 공간을 덜 차지하며(장치 규모), 장비의 무게가 줄어들고(무게), 모터가 열을 덜 발생하게 되는(발열 감소) 등 다양한 측면에서 이점이 생긴다. 

감속기의 종류

감속기에도 다양한 종류가 있다. 주로 감속기 내에 부착되는 기어의 종류에 따라 달라진다.
 

일반 평기어(스퍼 기어)를 탑재한 스퍼기어 감속기·웜 기어를 장착한 웜 감속기·헬리컬 기어를 탑재한 헬리컬 감속기·베벨기어를 탑재한 베벨 감속기 등이 있다.

· 웜 감속기는 웜 기어를 활용한 감속기로, 조용한 동작을 구현해야 하는 응용사례에 주로 쓰인다. 웜 기어 양쪽에 볼 베어링이 삽입되어있는 구조를 취하고 있다. 내부 재질은 동이나 철로 되어있는 것이 일반적이다. 제한적인 토크에서 오랜 수명을 보장할 수 있는 반영구적인 윤활제가 도포되어있다.

웜 감속기는 축방향이 90°의 각도를 유지하는 것이 특징이다. 구동축은 나사로 되어있는데, 나사가 회전하면서 나사에 물려있는 기어를 작동시킨다. 가격이 저렴하며 사용이 간편한 것이 가장 큰 특징이다.

· 베벨 감속기는 베벨기어를 이용한 감속기를 말한다. 베벨기어만으로도 90°의 축방향 각도를 유지한다. 축방향이 90°로 꺾이는(즉, L자) 응용사례에 적합하다.

· 평(스퍼)기어는 감속기 구성에 있어 가장 일반적으로 사용되고 있는 방식이다. 평기어의 가장 큰 장점은 오랫동안 널리 사용되어온 방식이라는 점이다. 따라서 가격이 저렴하며, 장비를 구입하기가 쉽다. 또한 구조가 간단해 제작부터 정비 및 수리에 이르기까지 취급이 용이하다.

하지만 평기어 감속기는 평기어를 사용하기에 여타 감속기보다 효율이 낮고, 장치가 노출되어있는 경우 외부 이물질로 인해 기어가 손상되기 쉽다는 단점이 있다.

사실 기어장치를 이용한 감속 외에도 다양한 방법이 있다. 벨트·체인·로프·지렛대 등을 이용한 감속 방식이 있다. 또한 유압실린더 등을 활용한 장치도 있다. 하지만 오늘날 감속기에는 대부분 기어장치를 이용하고는 한다.

  2. 감속기 업계 동향
소음과 진동 잡아 정밀도 높인다

시간이 지남에 따라 감속기를 탑재하고 있는 제품 및 시설이 점차 증가하고 있다. 작아지는 모터와 점차 커져가는 생산규모라는 추세가 감속기의 확산을 가속화하고 있다. 감속기를 필요로 하는 시장 역시 커지고 있어, 감속기 분야는 당분간 호황을 누릴 수 있을 것으로 전문가들은 예측하고 있다. 

그렇다면 시장이 요구하는 사항은 무엇인지, 감속기 업체가 가야 할 길은 무엇인지에 대해 살펴본다.

감속기 분야의 전망

오늘날 산업분야는 점차 복잡해지고, 그 범위 역시 넓어지고 있다. 이에 따라 매우 큰 힘이 필요한 생산 분야 역시 많아지고 있다.

반면 모터의 크기는 오히려 작아지고 있다. 현장의 공간을 효율적으로 사용하는 것이 추세로 떠오르고 있기 때문이다. 

물론 큰 힘을 내려면 큰 모터가 필요한 것이 상식이다. 하지만 모터의 크기가 커지면 가격이 비싸지며, 모터가 차지하는 면적이 커짐으로써 전체 장비의 크기 역시 증가한다. 이 경우 두 가지 명제가 서로 정면충돌하게 된다.

이 현상을 극복할 수 있는 것이 바로 감속기다. 모터에 감속기를 부착하여 작은 크기의 모터로도 큰 힘을 낼 수 있도록 만드는 것. 감속기는 ‘작은 크기 + 큰 힘’이라는 시장 요구사항을 충족할 수 있는 훌륭한 도구다.

시장의 요구

최근 몇 년 사이에 감속기 업계에서 등장한 것이 ‘헬리컬 기어’다. 사전에서는 바퀴 주위에 비틀린 이가 절삭되어 있는 원통 기어라고 정의한다(출처 도해 기계용어사전). 

헬리컬 기어는 치형이 나선형으로 이루어져 있어 같은 면적에서 더 많은 접촉면을 갖게 되며, 따라서 보다 작은 크기로 더 많은 힘을 전달하고, 더 많은 작업을 구현할 수 있다. 감속기의 경우, 같은 면적으로도 더 큰 감속비를 가질 수 있게 되는 셈. 소음이 적은 것 역시 장점이다.

이러한 이점으로 인해 감속기 분야에서도 헬리컬 기어를 도입하고 있는 추세다.

하지만 헬리컬 기어를 도입하기는 쉬운 일이 아니다. 빗살무늬의 경사진 면을 가공할 수 있는 기술이 필요한 것. 

특히 유성치차감속기의 링기어는 태양기어나 유성기어 등과 달리 접촉면이 내부에 있다. 장치 내부에 빗살 모양의 치열을 만들어야 하는 셈인데, 이는 결코 쉬운 일이 아니다. 

따라서 업계에서는 헬리컬 기어를 도입하기 위한 가공기술 및 절삭기술을 찾고 있는 추세다.

업계의 도전

현재 감속기 업계에서의 뜨거운 감자는 ‘소음’과 ‘진동’이다. 소음과 진동은 정밀도로 직접 이어지는 사항이다. 시장이 높은 정밀도를 요구하는 만큼, 소음과 진동을 잡아내는 것이 중요한 화두로 떠오르는 것은 당연한 일이다.

소음과 진동을 줄이는 것은 제조업체의 기술력이다. 가공오차를 줄이고 조립 정밀도를 높임으로써 이를 달성할 수 있는 것. 따라서 설계와 실제 제조 사이의 오차를 얼마나 줄일 수 있는지의 여부가 관건이라고 할 수 있다.

설계와 제조 사이의 오차를 줄일 수 있는 열쇠는 좋은 장비와 좋은 기술(즉, 조립 노하우)다. 좋은 장비와 좋은 기술을 통해 좋은 제품을 생산할 수 있는 것.

최근 감속기 제조업체에서는 최신 CNC(컴퓨터 수치제어Computerized Numerical Control)장비를 도입하는 추세다. 따라서 CNC 장비의 성능이 감속기의 성능을 좌우한다고 보아도 크게 틀리지 않다. 

이제는 관리자가 이 장비를 얼마나 잘 관리하고, 섬세하게 작동시키는지 여부가 장치의 성능을 좌우하는 열쇠가 되었다.

3. 떠오르는 유성치차감속기 

떠오르는 유성치차감속기
유성치차감속기는 감속기의 일종이다. 유성기어를 탑재한 감속기를 유성치차감속기라고 칭한다.

유성치차감속기에 친근하게 접근하기 위해서는 유성치차감속기가 가진 구조를 알아볼 필요가 있다.

유성치차감속기는 태양기어(선기어)와 링기어 그리고 유성기어라는 세 가지 요소로 구성되어있다. 고정 축 주위를 일정한 회전비로 회전하는 일반 기어와 달리, 태양기어 주위에 있는 유성기어를 암(캐리어)으로 지지해 회전하는 구조를 하고 있다. 유성기어가 태양기어 주위를 회전하고, 두 기어를 링 기어가 감싸는 구조다.

장치가 작동하면, 유성기어는 모터와 반대 방향으로 회전한다. 태양기어와 유성기어의 이가 서로 맞물려있기 때문이다.

이를 방지하기 위한 장치가 링기어다. 링기어는 유성기어가 움직이지 않도록 방향을 고정시켜주는 역할을 한다. 이로 인해 암(캐리어)이 태양기어와 같은 방향으로 회전하도록 만든다.

유성치차감속기 내의 태양기어는 자전운동을, 유성기어는 자전운동과 공전운동을 동시에 한다. 즉, 유성기어 자체가 회전하기도, 태양기어를 중심으로 일정 궤도를 따라 회전하기도 하는 것. 

자전과 공전운동을 동시에 하는 유성기어의 모습은 태양계의 모습과 흡사하다. 태양(태양기어)을 중심으로 유성(유성기어)이 자전과 공전 운동을 하는 것. 유성기어라는 이름이 붙은 이유다.

유성치차감속기의 장점과 단점

유성기어는 여타 기어를 활용한 감속기에 비해 다양한 장점을 가지고 있다.

우선 유성치차감속기는 크기가 작고 무게가 가볍다. 여타 감속기는 모터와 일차기어를 부착하고, 그 옆에 1:10이나 1:100 등 커다란 기어 비를 가진 기어를 부가적으로 탑재함으로써 가동하는 원리를 취한다. 덩치가 커질 수밖에 없는 이유다. 반면 유성기어는 부가적인 기어가 필요하지 않으며, 따라서 무게가 가볍고 장치 크기가 작아진다.

또한 태양기어와 유성기어 그리고 링기어가 맞물려있는 구조 특성으로 인해 단위체적당 높은 동력전달효율을 달성한다. 이를 쉽게 말하면 같은 크기의 장비를 사용해도 더 많은 동력을 전달할 수 있다는 이야기다. 같은 크기의 일반 감속기와 비교했을 때 몇 배나 되는 동력을 전달할 수 있다는 것이 흥진에이티 측 설명이다. 

큰 동력을 전달할 수 있는 요인은 유성기어의 특성상 각 기어가 담당하는 전달하중과 속도가 줄어들어, 결과적으로 마찰손실을 줄인 덕이다. 마찰손실 감소는 효율 증가와 직접적으로 이어지는 특성이다.

유성치차감속기는 입력축과 출력축을 동심으로 구성할 수 있다. 축이 떨어져있어야 작동할 수 있는 일반적인 감속기와 달리, 유성치차감속기는 축이 동일해도 원활한 작동을 실현하는 것. 

이는 장비 무게 절감 및 소형화와 직접적으로 이어지는 요인이다. 동축을 실현할 수 없으면 장치 크기가 커지고, 무게가 무거워진다. 축이 많아질수록 장착해야 하는 장비도 많아지는 셈이다. 하지만 유성치차감속기는 작은 크기로도 높은 감속을 실현할 수 있다.

하지만 유성치차감속기에도 단점은 있다.

우선 유성치차감속기는 유성기어가 공전운동을 하는 구조를 하고 있다. 때문에 원심력이 크다. 따라서 속도가 높아짐에 따라 소음이 발생할 수 있다.

유성기어는 일반 기어 및 감속기와 비교했을 때 구조가 복잡하다. 따라서 부품 수가 많아진다. 이는 비용 증가와 직접적으로 이어진다.

마지막으로, 유성치차감속기가 제 성능을 발휘하려면 뛰어난 기술력이 필요하다. 마찰 면적이 커지고, 장치가 많아지기 때문이다. 이러한 장치의 공차관리를 위해서는 설계와 제작 그리고 가공에 높은 수준의 기술이 필요하다.

유성기어 원리의 활용사례

유성기어는 비교적 근래에 도입된 기술이다. 흥진에이티 측에 따르면, 2000년대 초부터 사용량이 증가하였으며, 2007년경부터 7~8년에 걸쳐 시장이 확산되고 있다. 바야흐로 유성기어의 전성시대가 찾아오고 있는 셈이다.

유성기어는 본래 직교좌표로봇과 공작기계 등 공장자동화 및 관련 분야에 주로 쓰이던 기술이다. 하지만 유성기어가 가진 장점이 부각되면서 다양한 분야에서 유성기어를 도입하기 시작했다. 

4. 업체탐방 | 흥진에이티, 끊임없이 달리는 감속기 대표주자

흥진에이티는 1998년 4월 경 흥진산전이라는 이름으로 출발한 기업이다. 당시에는 전기 부품과 프로그램 등을 주로 취급했다.

흥진에이티가 새로운 시도를 한 것은 2001년이다. 법인 전환과 함께 흥진에이티로 새로운 출발을 하면서 유성치차감속기를 본격적으로 판매하기 시작한 해다. 뿐만 아니라 2006년 시화연구소를 설립하고(이 연구소는 2011년 7월 본사와 통합되었다), 2007년 PGX 제품 상표등록 및 자체개발 제품인 KGX 제품 특허로 등록하는 등 다방면으로 노력을 해왔다.

이러한 활동 속에서 자연스럽게 흥진에이티는 감속기 전문 업체로써의 입지를 확고히 했다. 직접 제품을 제조할 수 있을 정도의 노하우를 다져왔던 것.

대만의 선도 기술을 도입하다

ATG 유성치차 감속기는 대만 제조업체의 45년 전통의 노하우와 기어 전문 엔지니어링 툴 그리고 3차원 모델링을 통한 모의실험으로 최적의 구동조건을 분석하고 그 자료를 토대로 완성되어진 감속기이다.

자체 기술만이 아닌 해외 기술의 도입을 통해 보다 넓은 시장에 제품을 보급하고자 한 노력이 엿보이는 대목이다.

밀리언셀러의 등장

흥진에이티가 시장에 이름을 알리게 된 ‘사건’은 2011년에 일어났다. PGX-H 제품군을 시장에 선보인 것.

PGX-H는 헬리컬 기어를 적용한 보급형 감속기다. 이전에는 평기어 혹은 웜기어 등을 탑재한 제품이 주를 이루었다. 물론 2011년 이전에도 헬리컬 기어를 적용한 제품이 제법 있었지만, 기술력이 좋았던 만큼 가격대 역시 높아 고가·고 정밀도 응용사례에서만 제한적으로 쓰이던 것이 사실이다.

이 판도를 바꾼 제품이 바로 PGX-H다. 보급형·저가형 헬리컬 감속기인 PGX-H 시리즈를 통해 헬리컬 기어 기술을 보다 폭넓게 적용할 수 있게 되었다고 흥진에이티 측은 밝혔다. 

순풍에 돛 단 듯

흥진에이티는 PGX-H를 시발점으로 매년 2~3종류의 신제품을 출시하며 고객의 요구에 대응하고 있다. PGX-H의 인기와 함께 새로운 제품으로 고객의 입맛을 사로잡게 된 것. 이러한 노력으로 ATG라는 브랜드가 사람들에게 친숙한 이미지로 다가오게 되었다. 고객들의 인지 또한 높아진 것은 당연한 일이다. 

물론, 여기에는 시장 규모가 증가하는 등 환경적인 요인도 뒤따랐다. 하지만 시장의 요구사항을 따라잡을 수 있는 기술력이 없었다면 고객의 마음 또한 사로잡을 수 없었을 것이다. 말하자면 시장과 기술력 그리고 인지도라는 세 요소가 조화를 이루었던 것. 이는 흥진에이티가 순조로이 감속기 시장을 항해할 수 있던 비결이다.

  기술력으로 무장하다

오늘날 감속기 분야의 핫이슈는 바로 소음과 진동 그리고 정밀도다. 소음과 진동을 줄임으로써 정밀도를 높이는 것. 또한 고객이 필요로 하는 사후관리나 문제 진단 및 해결책 제시 역시 업계의 주요 과제다. 

이를 해결하는 것이 흥진에이티만의 기술력이다. 고객이 해결을 원하는 문제에 즉각적으로 대응할 수 있다는 점 역시 흥진에이티가 가진 강점 중 하나다. 기술력이야말로 흥진에이티를 한 단계 앞선 감속기 업체로 발돋움할 수 있도록 만든 원동력이다.

고객과의 호흡, 신제품 출시

흥진에이티는 시장의 요구에 명민하다. 매년 두 종류 내지 세 종류씩 신제품을 출시하고 있다.

흥진에이티는 오는 2015년에도 새로운 제품을 준비하고 있다. 중공축 감속기인 KGT 시리즈와 정밀연마용 스파이럴 베벨기어 감속기인 KST 시리즈가 그것이다.
 

· KGT 시리즈는 중공축(Hollow)으로 이루어진 감속기다. 중공축이란 이름에서 알 수 있듯 중심부가 막혀있지 않고 뚫려있는 것이 특징이다. 따라서 내부에 전선 등을 통과시키는 등 다양한 방면으로 활용할 수 있다. 전선을 중공축 안으로 통과시킴으로 인해 사용 과정에서 배선이 엉키거나 선이 꼬이는 등의 문제가 발생하지 않는다.

이 제품은 인덱스 턴테이블용으로 사용하기에 적합하다.

· KST 시리즈는 정밀연마용 스파이럴 베벨기어 감속기다. 이름에서 알 수 있듯 베벨기어를 탑재했다. 베벨기어는 입력부와 출력부가 직각으로 이루어져있다. L자로 꺾여있는 감속기를 생각하면 이해가 빠르다.
이 제품은 기존의 L자 형태만이 아닌 T자 형태 등으로도 구성할 수 있다. 따라서 다양한 방법으로 모터와 연결할 수 있고, 장치를 구성하기도 용이하다.

이 제품은 리프트·(특히 거리가 먼 장치 사이의)동기제어 분야 등에 적합하다. 또한 중공축, L자, T자 등 다양한 형태로 활용할 수 있어 응용범위가 넓다.

유성치차 감속기 테스트룸 보유

흥진에이티는 회사 내에 감속기 테스트 룸을 가지고 있는 업체다. 

흥진에이티의 테스트 룸은 소음측정·진동측정·백래시 측정·부하측정 등을 실현할 수 있는 시설을 갖추었다. 다시 말해 자체적으로 다양한 측정 작업을 수행할 수 있음을 뜻한다. 테스트 룸을 활용해 국내외의 각종 규정에 준수하는 제품을 제작함은 물론, 고객의 요구사항에 맞춘 테스트를 진행할 수도 있다. 흥진에이티가 가지고 있는 가장 큰 무기다.