[기계공학] 축이음의 정의와 커플링의 종류

축이음과 커플링은 기계공학에서 가장 기본적인 요소 부품이다. 먼저 축이음에 대해 알아보자.

 

축이음이란?

축과 축을 연결하여 회전토크를 전달하는 기계요소로, 동력을 전달하는 축 구동축 or 원동축과 동력을 전달받는 축 종동축 or 피동축으로 구성된다.

 

커플링이란?

운전 중 탈착이 불가능한 반영구적인 축이음이다. 커플링의 종류에는 무엇이 있을까?

 

고정커플링

- 두 축 사이의 중심이 일직선상에 있어야하고, 축심의 어긋남이 허용되지 않음

- 축방향 이동이 없어야 함

- 온도변화 등으로 인하여 축의 팽창 및 수축에 취약, 진동 등으로 인하여 발생하는 축심

- 불일치의 가능성이 있음. 원통형과 플랜지로 분류됨.

 

유연성커플링

- 양쪽 축간의 회전력만을 전달하고 굽힘 진동과 비틀림 진동은 전달되지 않도록 하는 방법

 

유니버셜커플링

유니버설 조인트 또는 훅 조인트라고도 하며 두 축이 같은 평면내에서 어느 각도로 교차하는 경우에 사용한다. 회전중 양축이 맺는 각도가 변화해도 되는 특징이 있다.

 

두 축이 어떤 각도로 교차하는 경우 구동축이 일정한 각속도로 회전하더라도 종동축의 회전각속도는 회전각도에 따라 회전각속도가 변동한다는 단점이 있다. 자동차의 동력전달기구, 압연롤러의 전동축등에 사용된다.

 

고정커플링의 종류

슬리브 커플링

머프커플링이라고도 한다. 두 축을 주철제의 원통 속에 양쪽에서 끼워 넣은 후 키로 고정. 축 지름이 작고 하중이 작은 경우에 사용

 

반 겹치기 커플링

축의 끝 부분 반지름을 크게 하고 끝을 경사지게 겹쳐서 키로 고정한 커플링. 축 방향 인장력이 작용할 때 사용.

 

셀러 커플링

안쪽은 원통형이고 바깥쪽은 테이퍼진 원추형인 안통 2개를 양축 끝에 각각 끼운다. 안통의 바깥에 내경이 양쪽방향으로 테이퍼진 바깥 통을 축에 끼운다. 안통과 바깥 통을 관통하는 3개의 볼트를 죄어 내외 원뿔면 사이의 미끄럼을 방지한다. 통 부분을 지나는 볼트의 단면은 사각으로 되어있다.

 

마찰원통 커플링

두 축의 끝부분에 축 방향으로 분할된 2개의 반원통이 축을 감싸는 형상으로 맞댄다. 반원통의 안쪽은 축 방향 구배가 없으나 바깥쪽은 축 방향 구배가 있는 형상이다. 링을 끼워 구배 진 부분을 따라 때려 박아서 고정. 큰 토크 전달 불가. 진동이나 충격에 쉽게 이완. 설치 및 분해가 쉬움

 

분할원통 커플링

클램프 커플링이라고도 하며, 축의 양 끝에 축 방향으로 2개 분할된 반 원통 커플링으로 축을 감싸는 형상으로 맞댄 후 두 개의 반 원통은 볼트를 사용하여 결합한다. 토크가 작을 때는 키를 사용하지 않지만 클 때는 사용한다.

 

플랜지 고정 커플링

플랜지 커플링은 양축의 끝에 플랜지를 각각 억지 끼워맞춤하고 키로 고정한 후 양 축에 끼워져 있는 플랜지를 리머볼트를 이용하여 연결한 것. 가장 일반적으로 사용되는 것으로 지름이 큰 회전축이나 고속 회전축에도 널리 사용된다.

 

유연성 축이음

회전토크의 전달기능과 두 축간의 축경사와 편심을 흡수하는 기능에 따라 여러 종류가 개발되어 사용된다. 두 축 사이에 약간의 축심의 어긋남과 축의 팽창 및 수축을 커플링에서 흡수할 수 있다. 두 축 사이의 진동을 절연시키는 역할을 한다.

 

기어형 축이음

연결하고자 하는 두 축의 끝에 한 상의 외접기어를 각각 키박음하여 결합한다. 내접기어를 갖는 한 쌍의 바깥쪽 통을 결합하면 외접기어와 내접기어는 맞물리게 된다. 외치와 내치 사이의 틈새가 축의 편심을 어느 정도 흡수한다.

 

고속 및 큰 토크에 견딜 수 있다. 치의 형태와 커플링이 수행하는 기능에 따라 여러 가지로 분류되고 있다. 원심펌프, 컨베이어, 교반기, 팬, 발전기, 송풍기, 믹서, 유압펌프, 압축기, 크레인, 기중기, 광산기계 등에 쓰임

 

체인 축이음

결합할 두 축의 끝에 스프로킷 휠을 키박음하여 장착하고, 2줄 체인을 사용하여 두 축에 끼워져 있는 스프로킷 휠을 이은 것이다. 사용되는 체인에는 롤러체인 타입, 사일런트체인 타입, 플라스틱체인 타입이 있다. 회전속도가 중간속도이고 일정한 하중이 작용되는 기계에 장착된다. 교반기, 컨베이어, 펌프, 기중기 등에 사용된다.

 

그리드형 축이음

결합하고자 하는 두 축의 끝 부분에 축방향으로 홈으 파져있는 한 쌍의 원통을 키박음하여 각각고정시킨다. 양 축의 축방향 홈이 일직선이 되도록 조정한 후 S자 모양의 금속격자를 홈 속에 집어넣어 연결시킨다. 케이스의 결합형태에 따라 수평분할형과 수직분할형으로 분류한다.

 

고무축이음

고무 축이음은 구조가 비교적 간단하고 축심의 어긋남을 잘 흡수한다. 감쇠작용이 뛰어나 진동 및 충격을 잘 흡수한다. 고무는 인장과 압축이 반복되는 피로강도에 약하고 압축하중에 강하다.

 

이러한 성질을 이용하여 고무부에 예비압축을 한 후 장착하면 작동 중에 계속 압축하중을 받게되어 압축하중의 크기변동만을 하도록 한 것도 있다. 고무부위가 받는 힘의 형태에 따라 압축형과 전단형으로 구분한다.

 

압축형 고무 축이음에는 고무의 사용형태에 따라 판형, 다각형형, 고무부시형 등이 있다. 고무 부시형 축이음에는 결합하고자 하는 두 축의 끝부분에 원통을 양축에 키 박음하여 각각 고정시킨다.

 

동력을 전달하기 위하여 허브는 축방향으로 막대 모양의 돌출부가 3~4개 있다. 양쪽 허브 사이에는 별모양의 고무를 끼워서 회전시킴으로써 양축 사이의 진동을 흡수하도록 되어있다.

 

비틀림 전단형 고무 축이음에는 구부려진 고무의 형태에 따라 타이어형, 디스크형, 샌드위치형, 도넛형으로 분류된다. 타이어형 고무 축이음에서는 결합하고자 하는 두 축의 끝에 축방향으로 볼트구멍이 있는 한 쌍의 원통을 양 축에 키박음 하여 각각 고정시킨다. 타이어형태로 구부려진 고무를 볼트로 양쪽 허브에 연결시킨다.