기계설계 축, 축이음, 마찰전동장치 및 무단변속기

본문내용

주철 또는 주강제의 플랜지를 축에 억지 끼워 맞춤을 하거나 키로 결합 시킨 후 두 플랜지를 볼트로 체결한 것. 플랜지의 중앙부는 요철을 만들어 두 축의 중심을 일치시키고, 큰 축과 고독도인 정밀 회전축에 적당하고, 공장 전동축 또는 일반 기계의 커플링으로 가장 널리 사용된다.
(2) 플렉시블 커플링
두 축의 중심선을 완전히 일치시키기 어려운 때, 또 내연 기관과 같이 전달 토크의 변동이 많은 원동기에서 다른 기계로 동력을 전달하는 경우 및 고속 회전으로 진동을 일으키는 경우에 사용된다.
① 기어 형 : 두 축의 양 끝에 한 쌍의 외접기어를 각각 키 박음 하여 결합. 외치와 내치 사이의 틈새가 축의 편심을 어느 정도 흡수 할 수 있으며, 고속 및 큰 토크에도 견딜 수 있다. 원심품프, 컨베이어, 교반기, 발전기, 송풍기, 믹서, 유압 펌프, 압축기, 크레인, 기중기 등
② 체인 형 : 두 축의 끝에 스프로킷 휠을 키 박음하여 정착하고, 2줄 체인을 사용하여 두 축에 끼워져 있는 스프로킷 휠을 이은 것. 회전속도가 중간속도이고 일정한 하중이 작용 하는 기계에 장착된다. 주로 교반기 컨베이어, 펌프, 기중기 등에 사용한다.
③ 그리드 형 : 두 축의 끝 부분에 축 방향으로 홈이 파져 있는 한 쌍의 원통(허브)을 키박음 하여 각각 고정. 양 축의 축 방향 홈이 일직선이 되도록 조정한 후 S자 모양의 금속격자(그리드)를 홈 속으로 집어넣어 연결시킨다.
(3) 올덤 커플링
두 축이 평행하며, 그 거리가 비교적 짧고 축선의 위치가 어긋나 있으나 각속도의 변화 없이 회전력을 전달시키려 할 때 사용하고, 밸런스와 마찰의 난점이 있고 편심량이 큰 회전 전달이나 고속의 경우에는 적합지 않다.
(4) 유니버설 조인트(훅 조인트)
① 두 축이 동일 평면 내에 있고 그 중심선이 각도()로 교차하는 경우의 전동 장치
② 교각 는 30도 이하에서 사용하고 특히 5도 이하가 바람직하며, 45도 이상은 사용이 불가능하다.
③ 두 축단의 요크 사이에 십자형 핀을 넣어서 연결한다.
④ 자동차, 공작기계, 압연롤러, 전달기구 등에 많이 사용
⑤ 요크와 십자형 핀 사이에는 니들 베어링 또는 부시를 넣어서 그리스로 윤활 하는 것이 보통이다.
2.3 클러치
원동축에서 종동축에 토크를 전달시킬 때, 간단히 두 축을 연결하거나 분리시키기 위해서 사용되는 축이음. 맞물림 클러치, 마찰클러치, 유체클러치, 마그네틱 클러치 등이 있다.
(1) 클러치의 종류
① 맞물림 클러치(Claw Clutch) : 가장 널리 사용되는 것으로 서로 맞물려 토크를 전단한 다.
㉠ 기어클러치 : 삼각형의 턱을 아주 작게 많이 가지고 있다.
㉡ 마그네틱클러치 : 온도상승을 기피하는 NC 공작기계에 사용
② 마찰 클러치
원동축의 회전을 정지시키지 않고 충격 없이 종동축을 연결할 수 있고, 일정량 이상의 과 하중이 종동축에 작용하면 접촉면은 미끄러져 일정랴 이상의 하중이 원동축에 걸리지 않는 축이음
㉠ 축방향 클러치 : 마찰면이 축방향으로 이동하여 전동력이 작고 경부하고속용에 쓰인다. ㉡ 원주 클러치 : 마찰면은 축심을 향하여 움직이면 전달동력은 비교적 크고 저속중하중용
에 적합하다. 종류로는 블록클러치, 스플릿링클러치, 밴드클러치가 있다.
㉢ 전자 클러치 : 자동화, 고속화 등 수치제어 공작기계, 서보모터 전기기계에 많이 사용된 다.
③ 원심력 클러치
㉠ 원심 클러치 : 원동축 블록이 드럼 속에 코일 스프링으로 연결되어 있어 마찰력으로 토크를 전달한다.
㉡ 유체 클러치 : 직선 방사사의 날개를 갖는 2개의 임펠러를 마주보도록 하고 여기게 기름을 채운 것으로 원동기를 펌프축에 터빈 축을 부하에 결합하여 동력을 전달한다. 자동차, 건설기계, 산업기계, 선박, 철도, 차륜 등에 사용된다.
3. 마찰전동 장치 및 무단변속기
3.1 마찰전동 장치 - 마찰에 의해서 회전운동을 전달하는 장치

① 2개의 바퀴를 서로 접촉시켜 세게 누르고 그 사이에 생기는 마찰을 이용하여 회전운동 을 전달하는 것을 마찰바퀴, 2개의 원통형 바퀴 사용해서 회전운동을 전달하는 것을 원통 마찰바퀴라고 한다
② 두 바퀴의 접촉에는 미끄럼이 있 에 정확한 속도비(速度比)를 필요로 하는 경우에는 사용할 수 없다. 그리고 마찰바퀴는 큰 동력의 달에는 적합하지 않다.
표 - 마찰차의 나비 1㎝에 가할 수 있는 최대 축압력
원 동 차
마찰면재료
종 동 차
마찰면재료
마 찰 계 수
단위접촉압력
p(㎏/㎝)
단위전달력
f(㎏/㎝)
주 철
가 죽
판 지
나 무
주 철
주 철
주 철
주 철
0.10~0.15
0.15~0.2
0.15~0.2
0.2~0.5
20
10
10
10
2~3
1.5~3
1.5~2
2~5
3.2 무단 변속기
무단변속기는 변속단계가 연속적으로 이루어지는 시스템. 엔진출력에 맞춰 변속이 부드럽게 이루어지므로 변속시 발생하는 동력의 손실을 줄일 수 있다. 기어 변속에 따른 변속충격이 없는 것은 물론이고 엔진의 속도를 바퀴와 독립적으로 유지할 수 있기 때문에 엔진의 최적운전을 가능하게 하여 자동변속기 대비 20% 이상의 연비향상이 가능하고, 이에 따른 배기가스 절감효과도 있다.
① 유단변속기인 수동변속기나 자동변속기는 고정된 변속비내에서 조정함으로 옆의 그림과 같이 엔진 회전수 대비 속도의 그래프상으로 단을 형성하게 되며, 그만큼의 출력과 연비에서 손실이 발생하게 된다.
② 무단변속기는 옆의 그림과 같이 변속단계가 아주 짧은 범위내에서 연속적으로 이루어짐으로 가속능력, 고연비, 변속시 쇼크 저감등의 운전이 가능하게 된다.
③변속 원리(엔진축풀리 → 출력축풀리)
㉠발진할 때나 저속시
엔진축 풀리의 홈폭이 넓어져 벨트와의 접촉반경이 작아지고, 반대로 타이어측 풀리의 접촉반경은 크게되어 엔진의 회전을 더욱 크게 타이어에 전달함으로써 순조롭게 발진하게 된다.
㉡가속이나 감속시
엔진축,출력축 풀리홈폭이 변화하여 변속되므로 변속 쇼크가 없으며 기어 변속에 의한 손실이 없어 빠르고 부드럽게 가속과 감속이 이루어 진다,
㉢고속 주행시
엔진축 풀리와 출력축 풀리가 저속시와는 반대로 작용한다.
엔진 회전수를 작게 보전하여 연료를 절약 하면서 효율적으로 고속 주행을 할 수 있도록 한다.

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축,   축이음,   마찰전동장치및무단변속기