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사슬 톱니

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목차

1. 개요

사슬 톱니(스프로킷)는 사슬에 걸려 동력을 전달하는 바퀴의 돌출부를 의미하며, 널리 사용되면서 바퀴 전체를 지칭하는 용어로 사용된다. 자전거 체인, 오토바이, 무한궤도 차량 등 다양한 운송 수단에서 기어비를 조절하거나 동력을 전달하는 데 사용된다. 또한 영화 영사기, 영화 촬영기, 천공 테이프, 컴퓨터 프린터의 필름 및 종이 이송 메커니즘에도 적용된다.

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사슬 톱니
기본 정보
자전거 스프로킷
자전거 스프로킷
유형톱니바퀴
용도기계 장치에서 회전 운동을 전달
체인, 트랙 또는 기타 천공되거나 톱니 모양의 재료와 함께 사용
사용 분야자전거
오토바이
자동차
탱크
기타 기계
상세 정보
특징체인의 링크 또는 기타 유연한 재료의 구멍과 맞물리도록 설계된 돌출부 (이빨 또는 톱니)가 있음
재료강철
합금
플라스틱
관련 용어
관련 용어기어
도르래

2. 용어

'스프로킷'이라는 용어는 원래 사슬에 걸려 동력을 전달하는 바퀴의 돌출부를 가리키는 말이었다. 전체 바퀴는 '스프로킷 휠'이라고 불렸다. 시간이 지나면서 이러한 장치가 널리 사용됨에 따라, 전체 바퀴 자체가 스프로킷으로 알려지게 되었으며, 이전의 사용법은 현재 잘 쓰이지 않는다.

범용적인 전달용 기계 요소로서, ISO 606, JIS B 1802[6] 등에서 규격화되어 있다. 다른 부품이나 롤러 체인과의 기계적 간섭을 피하거나 축과의 결합을 위해 중심 축받이 부분에 축 방향으로 돌출된 부분을 보스(boss|보스영어)라고 한다. 보스의 유무에 따라 A형(보스가 없는 평판형), B형(한쪽에만 보스가 있는 형태), C형(양쪽에 보스가 있는 형태) 등으로 나뉜다. 톱니 수는 "T"로 표기하며, 예를 들어 "30T"는 톱니가 30개임을 의미한다.[7]

체인 피치를 P라고 할 때, 다음 공식이 성립한다.[7]


  • 스프로킷 외경(Do): Do = P(0.6 + cot(180/T)°)
  • 피치원 지름(Dp): Dp = P / (sin(180/T)°)


롤러 체인의 코마 수와, 적어도 한쪽 스프로킷 톱니 수의 비가 단순할수록 마모가 특정 부분에 집중되기 쉽지만, 톱니바퀴 감속의 경우만큼 중요하게 다루어지지는 않는다.

3. 종류 및 구조

원래 '스프로킷'은 사슬에 걸려 동력을 전달하는 바퀴의 돌출부를 가리키는 말이었으며, 전체 바퀴는 '스프로킷 휠'이라고 불렸다. 시간이 지나면서 이 장치가 널리 사용됨에 따라 전체 바퀴 자체를 스프로킷이라고 부르게 되었고, 이전의 용법은 현재 잘 사용되지 않는다.

범용적인 전달용 기계 요소로서 국제 표준 ISO 606과 일본 공업 규격 B 1802[6] 등으로 규격화되어 있다. 다른 부품이나 롤러 체인과의 기계적 간섭을 피하거나 축과의 결합을 위해 중심 축받이 부분에 축 방향으로 돌출된 부분을 보스(boss|보스영어)라고 한다. 보스의 유무와 형태에 따라 A형(보스가 없는 평판형), B형(한쪽에만 보스가 있는 편측 보스형), C형(양쪽에 보스가 있는 양측 보스형) 등으로 나뉜다. 톱니 수는 'T'로 표기하며, 예를 들어 '30T'는 톱니가 30개임을 의미한다.[7]

체인 피치를 P, 톱니 수를 T라고 할 때, 스프로킷의 주요 치수는 다음 식으로 계산할 수 있다[7].


  • 스프로킷 외경 (Do) = P × (0.6 + cot(180/T))
  • 피치원 지름 (Dp) = P / sin(180/T)


롤러 체인의 링크 수와 스프로킷 톱니 수의 비율이 단순할수록 특정 톱니에 마모가 집중될 가능성이 있다.

4. 교통 수단

=== 자전거 ===

자전거 뒷 스프라켓


자전거에서는 자전거 체인과 맞물리는 스프로킷의 지름(및 톱니 수)을 변경하여 전체 기어비를 조절할 수 있다. 이것이 변속 기어의 기본 원리이다. 자전거 용어에서는 보통 뒷바퀴에 있는 것을 '스프로킷'이라 부르고, 크랭크 페달 쪽에 있는 것을 '체인링'이라고 구분한다. 일반적으로 체인링이 스프로킷보다 크다.

다단 변속 자전거는 보통 2개 또는 3개의 다른 크기의 체인링(구동 스프로킷)과 최대 12개(2018년 기준)의 다른 크기의 스프로킷(피동 스프로킷)을 조합하여, 최대 36단까지 다양한 기어비를 제공한다. 낮은 기어비는 언덕을 오를 때 페달링을 가볍게 해주며, 높은 기어비는 평지나 내리막길에서 속도를 내는 데 유리하다. 뒷바퀴의 여러 스프로킷 묶음은 허브에 쉽게 탈부착할 수 있도록 조합되어 있으며, 특히 5단 이상인 경우 '카세트 스프로킷'이라고도 부른다.

경륜에 사용되는 고정 기어 방식의 트랙 레이서나 싱글 스피드 방식의 산악 자전거 등 변속기가 없는 자전거는 앞쪽 체인링이나 뒤쪽 스프로킷을 직접 교체하여 기어비를 조절한다. 이를 통해 가속 성능을 중시하거나 최고 속도를 높이는 등 목적에 맞게 설정할 수 있다.

=== 오토바이 ===

오토바이에서도 스프로킷을 교체하여 최종 구동 기어비를 변경할 수 있으며, 이를 통해 가속력과 최고 속도 특성을 조절한다. 오토바이에서는 엔진 쪽 스프로킷을 '드라이브 스프로킷', 뒷바퀴 쪽 스프로킷을 '리어 스프로킷' 또는 '드리븐 스프로킷'이라고 부른다. 자전거와는 반대로 뒷바퀴 쪽 스프로킷이 더 크다.

최종 구동 기어비는 리어 스프로킷의 톱니 수를 드라이브 스프로킷(카운터 샤프트 스프로킷)의 톱니 수로 나누어 계산한다. 순정 상태와 비교했을 때,

  • 드라이브 스프로킷의 톱니 수를 줄이거나 리어 스프로킷의 톱니 수를 늘리면 기어비가 낮아져 가속력이 향상되지만 최고 속도는 감소한다.
  • 드라이브 스프로킷의 톱니 수를 늘리거나 리어 스프로킷의 톱니 수를 줄이면 기어비가 높아져 가속력은 감소하지만 최고 속도는 증가한다.

이러한 방식으로 라이더는 자신의 주행 스타일이나 용도에 맞게 오토바이의 성능을 커스터마이징할 수 있다.

=== 무한궤도 차량 ===

궤도 구동 스프로킷(르클레르 전차, 2006년)


무한궤도를 사용하는 전차나 건설기계 등에서는 엔진의 동력을 궤도로 전달하는 톱니바퀴를 '구동 스프로킷' 또는 '시동륜'이라고 부른다. 구동 스프로킷은 차량의 앞쪽이나 뒤쪽에 위치하며, 때로는 양쪽에 모두 있거나 궤도를 구동하는 세 번째 스프로킷이 높이 달려 있기도 하다.

무한궤도는 폭이 넓기 때문에 구동 스프로킷은 궤도의 양쪽과 맞물리도록 보통 두 줄의 톱니(치열)를 가지고 있다. 무한궤도 시스템은 구동 스프로킷 외에도 궤도의 경로를 잡아주는 유도륜(보통 구동 스프로킷 반대편에 위치)과 궤도를 지지하는 여러 개의 전륜(보기륜)으로 구성된다. 전륜은 궤도 안쪽 면에 있는 가이드 홈과 맞물리지만, 지면과의 마찰로 인한 소음과 진동을 줄이기 위해 톱니가 없는 경우가 일반적이다. 반면, 구동 스프로킷은 큰 회전력을 전달해야 하므로, 톱니를 두 줄로 만들어 궤도와 확실히 맞물리고 하중을 분산시키는 스프로킷 형태를 주로 사용한다. (일부 차량에서는 구동 스프로킷도 톱니 없이 구멍과 돌기로 맞물리는 방식을 사용하기도 한다.)

5. 필름 및 종이 이송

1914년의 활동 사진 메커니즘. 톱니바퀴 a, b, c는 필름과 맞물려 필름을 이송한다. a와 b는 일정한 속도로 움직이며, c는 각 필름 프레임을 투사를 위해 제자리에 위치시킨다.


사슬 톱니는 영화 영사기와 영화 촬영기의 필름 이송 메커니즘에 사용된다.[5] 이 경우, 사슬 톱니바퀴는 필름에 뚫린 필름 천공과 맞물려 필름을 움직인다. 이러한 사슬 톱니 공급 방식은 과거 천공 테이프를 읽는 장치나 일부 컴퓨터 프린터에서 종이를 공급하는 데에도 활용되었다.

참조

[1] 웹사이트 Sprocket - Definition http://www.merriam-w[...] Merriam-Webster 2011-11-14
[2] 서적 Oxford English Dictionary Oxford University Press
[3] 간행물 The Encyclopedia Americana: a library of universal knowledge, sprocket https://books.google[...]
[4] 웹사이트 Elements of machine design https://archive.org/[...]
[5] 웹사이트 Motion picture handbook https://archive.org/[...]
[6] 서적 JISにもとづく機械設計製図便覧 理工学社
[7] 웹사이트 伝動用チェーン スプロケット dendou09.pdf http://www.did-daido[...] 大同工業株式会社 2011-07-24


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