기계 설계 (축 (Axis), 축이음 및 커플링, 마찰전동장치 및 무단변속기)

목차

축 (Axis)
1. 마찰전동장치 및 무단변속기
2. 축의 재료와 표준 지름
3. 축의 강도
4. 축의 응력 계산

축이음 및 커플링
1. 축 이음의 분류
2. 커플링
3. 클러치 (clutch)

마찰전동장치 및 무단변속기
1. 마찰 전동 장치
2. 마찰차의 종류

본문내용

마찰력으로 토크를 전달하게 된다.
(3) 전자 클러치 (electro clutch)
전자력을 이용하여 마찰력을 발생시키는 클러치로서 원격제어가 가능하다. 기능은 수치 제어, 서보(servo)제어 등에 이용되어 원동기와 부하 사이의 회전 토크 전달과 기계적인 스위치로서 기계에 의하여 임의로 조절된다. 종류는 건식, 습식, 단판, 다판, 단식, 복식 등으로 구별하고, 코일의 결합방식과 작동방식 마찰조정에 따라서도 구분한다. 용도는 공작 기계, 산업기계의 자동화, 고속화에 따른 자동제어장치에 많이 사용하고 있다.
(4) 유체 클러치 (fluid clutch)
직선 방사형의 날개를 갖는 2개의 임펠러(펌프 및 터빈)를 마주 보도록 대치시켜서 여기에 적당량의 기름을 채운 것으로 원동기를 펌프 축에, 터빈 축을 부하에 결합하여 동력을 전달한다. 용도는 자동차, 건설기계, 산업기계, 선박, 철도, 차륜 등의 동력전달에 많이 사용하고 있다.
유체 클러치는 다음과 같은 특징이 있다.
① 원동기의 시동이 쉽다.
② 과부하의 상태가 발생하더라도 원동기를 보호한다.
③ 축의 비틀림 진동과 충격을 완화한다.
④ 역회전도 쉽게 할 수 있다.
⑤ 변속의 자동화가 용이하다.
제 31 장 마찰전동장치 및 무단변속기
1. 마찰 전동 장치
동력을 전달하는데 있어서 2개의 바퀴를 직접 접촉시켜 서로 밀어 붙임으로써 그사이에 생기는 마찰력을 이용하여 2축 사이의 동력을 전달하는 것을 마찰 전동이라 하고, 이 장치에 사용되는 바퀴를 마찰차라 한다. 마찰차는 일반적으로 전달되어야 할 힘이 크지 않으며, 정확한 속도 비를 요구하지 않는 경우, 속도비가 매우 커서 보통의 기어로 전동하기 어려운 경우에 사용한다. 또, 두 축 사이의 동력을 빈번히 단속시킬 필요가 있는 경우, 무단 변속이 필요한 경우에도 사용한다. 미끄럼을 될 수 있는 한 작게 하기 위하여 접촉면에 마찰 계수가 큰 재료를 사용하거나 접촉 압력을 크게 한다. 반면, 마찰차는 미끄럼 때문에 충격적인 하중이 가해지는 경우는 안전장치 역할을 하는 효과도 있다.
2. 마찰차의 종류
▶ 원통 마찰차 (cylindrical friction wheel)
원통 마찰차는 평행한 두 축 사이에 동력을 전달하며, 외접하는 경우와 내접하는 경우가
있다. 아래 그림은 원통 마찰을 이용한 레코드의 회전 장치를 나타낸 것이다. 왼쪽 그림은 구동축으로부터 중간 롤러로 전동하는 장치로 외접하는 두 마찰차는 서로 반대 방향으로 회전한다. 오른쪽 그림은 중간 롤러로부터 회전판에 전동하는 장치로 내접하는 두 마찰차는 같은 방향으로 회전한다.
▶ 홈 마찰차 (grooved friction wheel)
원통 마찰차에서 큰 동력을 전달하려고 하면 마찰 계수가 큰 재료를 사용하거나 또는 두 마찰차를 큰 힘으로 밀어붙여야 한다. 그러나 밀어붙이는 힘은 크게 하면 베어링에 큰 힘이 가해져 베어링 하중으로 되고 큰 마찰 손실이 생긴다. 따라서 밀어붙이는 힘을 증가시키지 않고 전달 동력을 크게 할 수 있게 개량한 것이 홈 마찰차 이다.
홈 마찰차는 아래 그림과 같이 마찰차의 둘레에 쐐기 모양의 V형 홈이 파여져 서로 물리게 한 것으로 동일한 압력에 대하여 큰 회전력을 얻을 수 있다. 홈 마찰차는 보통 양 바퀴를 모두 주철로 만들고, 홈의 각도는 2α=30~40˚ 이다. 홈의 피치는 3~20[mm]로서, 보통 10[mm]정도이고, 그리고 홈의 수가 너무 많으면 홈이 동시에 정확하게 박혀있지 않으므로 보통 Z=5개 정도이다.
▶ 원추 마찰차 (cone friction wheel)
두 축이 구름 접촉을 하면서 어느 각도로 교차할 때 사용하는 마찰차를 원추 마찰차라 한다. 아래 왼쪽 그림은 외접한 경우로서 두 마찰차는 서로 반대 방향으로 회전하고, 오른족 그림은 내접하는 경우로 같은 방향으로 회전한다.
▶ 무단변속 장치
구동축의 속도를 일정하게 유지하고 종동축의 회전속도를 어떤 범위 내에서 연속적으로 자유로이 변화시킬 수 있는 장치이다
(1) 원판 마찰차에 의한 무단변속 장치
원판마찰차는 크라운 마찰차(crown friction wheel) 라고도 한다. 회전하는 원판과 접촉하고 있는 바퀴의 폭은 되도록 자아야 한다. 그 이유는 바퀴의 폭이 넓은 경우 바퀴의 중앙선에서는 구름접촉을 하지만 바퀴의 안쪽과 바깥쪽에서 원주 속도의 차이로 인하여 미끄럼마찰이 일어나기 때문이다.
원판차가 1개일 때 원판차가 2개 일 때
(2) 원추 마찰차에 의한 무단변속 장치
아래 그림과 같이 동일한 두 개의 원추 마찰차가 서로 반대방향으로 맞추어져 있는 마찰차를 에반스의 마찰차(Evan's friction cone)라 한다.
(3) 구면 마찰차에 의한 무단변속 장치
마찰면이 구면인 마찰차로서 직교축 또는 평행축에 사용한다.
① 평행한 축에 사용하는 무단 변속 장치
아래 그림 (a)는 서로 평행한 두 축에 사용하는 무단변속 장치로서 중간 마찰차의 회전반지름은 일정하나 접촉위치에 따라 원동축과 종동축의 회전반지름이 각각 변화한다. 그림 (b)는 서로 평행한 두 축에 사용하는 무단 변속창치로서 원동축의 마찰차와 종동축의 마찰차는 동일한 마찰차로서 회전반지름도 일정하다. 구면 중간차의 자세각이 변하게 되면 원동차와 중간차의 접촉점이 변화하고, 중간차의 회전중심으로부터 원동차와의 접촉점까지 거리가 변화한다. 이와 같이 중간차와의 접촉점이 변화함에 따라 원동차 및 종동차의 회전 반지름이 변화하게 된다.
② 직교하는 축에 사용하는 무단변속 장치
아래 그림 (a)는 직교하는 두 축에 사용하는 무단변속 장치로서 중간 마찰차가 접촉한 마찰차의 부위에 따라 회전속도비가 달라지는 경우를 나타낸다. 중간 마찰차는 원통 마찰차로서 회전반지름은 일정하나 접촉위치에 따라 마찰차의 회전반지름이 각각 변화한다. 그림 (b)는 직교하는 두 축에 사용하는 무단변속장치로서 원동축과 종동축의 마찰차는 원통 마찰차이다. 구면 중간차의 자세각이 변하게 되면 원동차와 중간차의 접촉점이 변화하고, 중간차와 종동차의 접촉점도 변화하게 된다. 이와 같이 중간차에서 접촉점이 변화함에 따라 회전반지름이 변화하게 되고, 원동축과 종동축이 각속도의 변화를 일으키는 경우이다.

키워드

축,   Axis,   축이음 ,   커플링,   마찰전동장치,   무단변속기,   기계 설계