[기계설계]축이음방법/설계시 주의사항

1. 축이음 : 동력전달을 목적으로 두 축을 연결하는데 사용되는 기계요소

1-1) 커플링

• 고정커플링 : 머프커플링, 플랜지커플링, 기어이음, 체인이음, 타이어 이음 등 축의 일직선상에 연결하고 상호이동이 허용되지 않는다(기어이음 : 기어백래시를 이용해서 이음에 신축성을 추가하며 저속축, 고속축에 사용된다, 체인이음 : 롤러체인과 한쌍의 스프로킷휠의 연결로 토크전달하고 롤러체인과 스프로킷의 맞물림 틈새에 의해 허용신축량이 결정되며 소형, 전동효율 및 내구력이 우수하다, 타이어 이음 : 동력전달이 부드럽고 수명이 길며 설치분해가 간단하고 보존이 쉬우며 전기절연이 완벽하다
• 플렉시블 커플링 : 축선이 불일치하는 경우에 사용하며 온도변화에 의한 신축, 변형에 자유롭고 두 축 사이에 약간의 상호 이동이 허용된다
• 올덤커플링 : 평행한 두축의 각속도 변화 없이 동력전달한다
• 유니버셜 커플링 : 두 축이 교차하고 운전 중 각도가 변화하여도 동력 전달이 가능하다
• 유체커플링 (토크컨버터)

1) 구조와 개요

• 펌프날개차(입력축), 터빈날개차(출력축), 스테이터(외부케이싱에 고정)로 구성된다
• 입력축이 회전하면 펌프로 송출된 작동유가 터빈을 지나 출력축을 회전시키고 안내깃을 지나 펌프로 복귀, 이때 안내깃은 토크를 받아 일정량만큼 입력축과 출력축의 토크차를 발생시킨다
• 엔진의 회전속도가 낮을때는 전달하지 않고, 회전속도가 높아지면 동력을 전달한다
• 출발 후 엔진속도가 높아지면 토크변환이 이루어져 무단계로 자동변속된다
• 토크변환은 2~3배까지 가능하다

2) 특성

• 원동기의 시동이 용이하다
• 부하의 변동에 따라 자동적으로 종속축의 속도 및 회전력이 변화하여 무단변속기능으로 종동축의 과부하에 대해 원동축을 보호한다
• 주행상태에 따라 회전력이 자동 및 무단으로 변환한다
• 출발 시 기관의 정지가 없어 작업능률이 향상된다
• 원격제어 및 조작이 용이하다
• 전부하 출발에도 최대회전력이 발생된다
• 운전 중 소음이 없다
• 기관의 회전력에 대한 충격 및 회전진동에 대해 작동유체가 흡수/감쇠되므로 대응이 좋고 기계적 마모가 없어 수명이 연장되고 출발이 유연하다
• 마찰클러치에 비해 연료소비율이 높고 에너지 손실로 효율이 60~80% 정도이다
• 정속도 운전이 곤란하다

2. 클러치 :단속이 필요한 축동력 전달이음

2-1) 물림(교합) 클러치 : Jaw로 맞물려서 동력전달되며 저속 및 중하중에 사용된다

2-2) 마찰클러치 : 마찰면의 마찰력에 의한 동력전달되며 고속회전에 사용된다

2-3) 한방향클러치 : 구동축에서 한 방향의 토크는 전달되고 반대방향의 토크는 전달할 수 없는 클러치

2-4) 확동클러치(원심클러치) : 회전 중 발생하는 원심력에 의해 단속되는 클러치

3. 유니버셜 조인트

3-1) 등속에 따른 종류

1) 등속형 유니버설조인트

• 좌우 yoke와 4개의 볼 구조이다
• 항상 2축 교각의 2등분 선상에 볼이 위치한다
• 등속전달이 가능하고 회전력의 변동이 없다

2) 부등속형 유니버셜조인트

• 2축이 동일평면상에 있고 중심선이 a각도(a< 30도)로 교차된다
• 2축단의 yoke 사이 십자형 pin으로 연결된다
• 회전수가 클 때는 교각을 작게 회전수가 작을 때는 교각을 크게 취할 수 있다

3-2. 구조에 따른 종류

• 이중십자형 자재이음
• Tripod Joint
• Double offset 유니버셜조인트
• Ball type 유니버셜조인트

2. 축이음 설계 시 고려사항

2-1) 커플링

• 센터에 맞춤이 완전할 것
• 회전균형이 완전할 것
• 설치/분해 용이할 것
• 진동에 이완되지 않을 것
• 토크전달에 충분한 강도를 가질 것
• 회전부 돌기물이 없을 것
• 신뢰성이 높을 것

2-2) 클러치

• 마모발생 시 수정이 용이할 것
• 관성력을 적게 하기 위해 소형/경량일 것
• 마찰계수가 적당할 것
• 마찰면의 열발산이 우수하여 열에 의한 변형이 없을 것
• 원활한 단속이 가능할 것
• 균형상태가 좋을 것