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톱니
톱니는 톱이나 톱니바퀴의 이빨을 이르는 말이다. 다른 톱니나 도구와 잘 맞물려야 한다.
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톱니바퀴의 톱니
영어로는 Cog. (따라서 톱니바퀴를 Gear 말고도 'Cogwheel'이라고도 부른다.) 혹은 단순하게 Tooth라고도 부른다. 지그재그 선만 원이나 선에 맞춰 그리면 장땡이라 생각하기 쉽겠지만 피치원과 이의 크기, 맞물림 각도등에 따른 잇수의 공식이 있으며, 이에 맞춰 그리지 않으면 균일하게 이가 배열되지 않고 서로 마모하다 깨져버린다.
톱니의 재질과 제작 방법
톱니는 다양한 재질로 만들어지며, 재질에 따라 내구성, 강도, 내마모성 등이 달라진다.
- 금속: 철, 강철, 스테인리스강, 황동, 청동 등이 사용됩니다. 높은 강도와 내구성을 요구하는 톱니에 적합하다.
- 플라스틱: 나일론, 아세탈, 폴리카보네이트 등이 사용됩니다. 가볍고 저렴하며 자체 윤활성을 갖는다는 장점이 있다.
- 목재: 과거에는 목재 톱니바퀴도 사용되었지만, 현재는 특수한 경우를 제외하고는 거의 사용되지 않는다.
톱니의 제작 방법은 크게 절삭 가공과 성형 가공으로 나눌 수 있다.
- 절삭 가공: 소재를 깎아내어 톱니 모양을 만드는 방식이다. 기어 호빙, 기어 셰이핑, 기어 밀링 등의 방법이 있다. 정밀도가 높은 톱니를 제작할 수 있지만,
가격이 비싸다는 단점이 있다.
- 성형 가공: 금형에 소재를 넣고 압력을 가하여 톱니 모양을 만드는 방식이다. 대량 생산이 가능하고 가격이 저렴하지만, 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
톱니의 윤활 및 유지보수
톱니는 마찰이 발생하는 부품이기 때문에, 마모를 줄이고 수명을 연장하기 위해 윤활이 필수적이다. 윤활유는 톱니의 마찰을 줄이고 마모를 방지하며, 열을 방출하는 역할을 한다.
톱니의 윤활 방법은 크게 그리스 윤활과 오일 윤활로 나눌 수 있다.
- 그리스 윤활: 그리스를 톱니에 도포하여 윤활하는 방식이다. 밀폐된 공간에서 사용하기 용이하며, 윤활 효과가 오래 지속된다는 장점이 있다.
- 오일 윤활: 오일을 톱니에 공급하여 윤활하는 방식이다. 냉각 효과가 뛰어나며, 오염된 윤활유를 쉽게 교체할 수 있다는 장점이 있다.
톱니의 유지보수
- 정기적인 윤활: 톱니의 종류, 운전 조건, 윤활유 종류에 따라 적절한 주기로 윤활을 실시해야 한다.
- 마모 점검: 톱니의 마모 상태를 정기적으로 점검하고, 필요시 교체해야 한다.
- 소음 및 진동 점검: 톱니에서 발생하는 소음이나 진동이 비정상적으로 커질 경우 문제가 발생했을 수 있으므로 점검해야 한다
톱니의 미래
4차 산업혁명 시대를 맞아 톱니는 더욱 정밀하고 효율적인 방향으로 발전하고 있다. 특히, 로봇, 드론, 전기 자동차 등 미래 산업 분야에서 핵심 부품으로 주목받고 있다.
- 초정밀 톱니: 나노 기술을 이용하여 제작된 초정밀 톱니는 높은 정밀도와 내구성을 요구하는 로봇 수술, 반도체 제조 장비 등에 활용되고 있다.
- 경량화 톱니: 탄소 섬유, 티타늄 등 가벼우면서도 강도가 높은 소재를 사용한 경량화 톱니는 드론, 전기 자동차 등의 에너지 효율을 높이는 데 기여하고 있다.
- 스마트 톱니: 센서, 통신 기능을 탑재하여 톱니의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 고장을 예측하는 스마트 톱니는 스마트 공장, 예측 정비 분야에 활용될 것으로 기대된다.
톱의 톱니
영어로는 Sawtooth로, 한국어의 톱니와 같은 원리의 조어이다. 톱니 모양은 라틴어에서 유래한 Serrate라고 부른다. 톱의 톱니는 줄로 깎을 때 방향을 바꿔가며 깎아 좌우로 왔다갔다하며 휘어 있다. 그렇기에 톱은 숫돌로 가는 것이 아니며 갈아서도 안 되고 줄로 갈아야 한다.
톱니는 용도에 따라 켜는 톱니, 자르는 톱니 및 막톱니의 세 종류가 있다. 켜는 톱니는 섬유방향으로 켤 때 쓰이는 이로서, 그 모양은 삼각형으로 되어 있으며, 하나하나의 이 끝이 끌과 같이 되어 있어, 이것이 끌과 같은 역할을 해서 켜지게 된다. 그리고 자르는 톱니는 섬유방향에 직각으로 자르는데 쓰이는 이로서, 이 끝은 깔 끝 모양과 같이 끊는 날이 있으며, 이것으로 홈의 양쪽을 깎아내도록 되어 있다.
자르는 능률을 올리기 위하여 이의 수를 많이 만들어 놓았으며, 톱질할 때의 저항을 적게 하기 위하여 윗눈날을 붙여서 톱니가 한 번에 깊이 나무를 파먹어 들어가지 못하게 만들어 놓았다. 또, 막톱니는 나뭇결에 관계없이 톱질할 수 있도록 켜는 톱니에 칼날 모양의 끊는 날을 붙인 것이다. 이것은 둥글게 켜거나 자를 때 편리.
열차 톱니
스위스 융프라우나 마터호른같은 산악지대에서 많이 쓰인다. 선로에 톱니 틀이 있고 열차 밑면에 톱니가 있다. 열차 위에 있는 펜터그래프가 전기를 흡수하면 열차 밑에 있는 톱니가 돌아가는데 톱니가 톱니틀에 맞춰가며 열차가 움직인다. 그러면 경사가 높은 선로에서도 안 미끄러지며 이동할 수 있다. 솔직히 말하면 바퀴는 그냥 달려있는 것이다. 톱니가 움직여야지만이 바퀴가 움직인다. 열차가 출발하면 톱니때문에 소리가 엄청 크다. 귀마개를 끼고 있어도 소리가 들릴 정도로 시끄럽다.
사슬톱니
사슬 톱니는 사슬이나 궤도 등과 맞물려 움직이는 톱니를 가진 바퀴를 말한다. 영어로는 스프라켓(영어: sprocket), 스프라켓 휠(영어: sprocket-wheel)이라고 부른다.
톱니끼리 서로 맞물려 돌아가는 톱니바퀴(영어: gear)와는 다르며, 톱니가 없이 미끈한 도르래(영어: pulley)와도 구분된다.
사슬 톱니는 주로 자전거, 모터사이클, 자동차, 무한궤도 등 기계 등에서 톱니바퀴가 적합하지 못한 부분에, 선형 동력으로 궤도를 움직여 두 축 사이에 회전력을 전달하는 일을 한다.
참고자료
- 〈톱니〉, 《나무위키》
- 〈톱니〉, 《대한건축학회 건축용어사전》
- 〈사슬 톱니〉, 《위키백과》
- 〈톱니의 세계: 작지만 강력한 힘의 비밀〉, 《통계와 논리 백과사전》
같이 보기
