동력전달발식과 축이음

1. 개요

- 축이음 : 축과 축을 연결하는 기계요소, 커플링(Coupling), 클러치(Clutch) 등이 있다.

- 커플링 : 운전 중에 결합을 끊어 동력을 단속할 수 없는 영구 축이음

- 클러치 : 운전 중 필요에 따라 동력을 단속하여 결합을 끊을 수 있는 탈착 가능 축이음

 

2. 직접동력전달장치

회전차가 직접 맞물려서 회전하여 동력을 전달하는 기계요소

• 종류 : 기어, 마찰차, 축이음(커플링 및 클러치), 유니버셜 조인트 등

1) 기어

(1) 특징

• 강력한 동력 전달이 가능하다.
• 기어 잇수의 조합에 따라 가속 및 감속이 가능하다.
• 소음이 발생한다.

(2) 종류

가). 축이 평행한 경우

< 스퍼 기어 > < 헬리컬 기어 > < 더블 헬리컬 기어 >

 

나). 축이 교차하는 경우

< 베벨 기어 > < 스파이럴 베벨 기어 > < 크라운 기어 >

 

다). 축심이 어긋나는 경우

< 웜 & 웜 휠 > < 나사 기어 > < 하이포이드 베벨 기어 >

 

라). 동력 방법의 변환

- 랙 &  피니언 : 회전운동을 직선운동 또는 직선운동을 회전운동으로 변환하는 기어장치

 

2) 마찰차

- 두 개의 바퀴를 직접 접촉시켜 바퀴와 바퀴 사이에서 생기는 마찰력을 이용하여 두 축 사이에 동력을 전달시키는 장치

 

(1) 특징

• 운전이 정숙
• 일정 속도비를 얻을 수 있다.
• 미끄럼에 의해 다른 부분의 손상을 방지할 수 있다.
• 슬립으로 인하 전동 효율이 낮다.

(2) 종류

• 원통 마찰차 : 두 축이 평행하고, 마찰차 지름에 따라 속도비가 다르다.
• 무단변속 마찰차(원판 마찰차) : 구동축의 속도를 일정하게 유지하고, 종동축의 회전속도를 어떤 범위 내에서 연속적으로 자유로이 변화 시킬 수 있다.
• 원추 마찰차 : 두 축이 어느 각도로 교차할 때 사용되는 마찰차
• 홈 파찰차 : 밀어붙이는 힘을 증가시키지 않고, 전달 동력을 크게 할 수 있게 개량한 마찰차

 

3) 축이음

(1) 커플링

가). 고정 커플링 : 축이 일직선 상에 배치되고 커플링은 상호 고정되어 이동이 허용되지 않는다.

• 원통 커플링
• 플랜지 커플링
• 기어 이음
• 체인이음
• 타이어 이음

 

나). 플렉시블 커플링 : 축선이 다소 불일치하는 경우에 사용, 소음/진동의 흡수가 가능함.

다). 올덤 커플링 : 평행한 두 축의 각속도 변화없이 동력 전달이 가능하다.

라). 유니버셜 커플링 : 두 축이 교차하고, 운전 중 각도가 변화하여도 동력전달이 가능하다.

마). 유체 커플링 : 입력축에 펌프 날개차, 출력축에 터빈 날개차가 설치된 구조로 액체에 의해동력을 전달하거나 차단하므로, 출발이 부드럽고 유연하며 기계적 접촉부가 없으므로 늘어붙음 및 마모가 없고, 고장이 적고, 내구성이 크다.

 

(2) 클러치

가). 물림(교합) 클러치

• Jaw로 맞물려서 동력을 전달한다.
• 저속, 중하중용으로 사용한다.

나). 마찰 클러치

• 마찰면의 마찰력에 의한 동력을 전달한다.

다). 1방향 클러치(단방향 클러치) 

• 구동축에서 한 방향의 토크는 전달되고, 반대 방향의 토크는 전달할 수 없는 클러치

 

라). 확동 클러치(원심 클러치) : 회전중에 발생하는 원심력에 의해 동력이 단속된다.

a) 접촉편 클러치 : 원동 축의 회전이 증가하면 원심력이 증가하여 설정된 스프링의 압력 이상이 되면 마찰면과 접촉하여 회전력 전달

b) 토크 컨버터

(a) 개요

• 펌프 날개차(입력축), 터빈 날개차(출력축), 스테이터(외부케이싱에 고정)로 구성
• 엔진의 회전 속도가 낮을 때는 전달하지 않고, 회전 속도가 높아지면 동력이 전달되는 특성을 가진다.
• 유압 조작의 다판 클러치와 함께 사용된다.

(b) 특징

ㄱ) 장점

• 무단계 연속 토크 변환 성능이 상당히 광범위하여, 작업 능률이 향상되고 고효율이다.
• 조작이 간편하고, 원격 제어가 용이하다.
• 유체가 충격하중을 흡수하여, 원동기의 시동이 용이하고, 출발이 유연하며, 기계 수명이 연장된다.
• 소형 경량이며, 보수취급이 용이하다.

ㄴ) 단점

• 에너지 손실로 효율이 60~80% 정도로 낮고, 연료비가 증가한다.
• 정속도 운전이 곤란하다.
• 고가이다.

 

(3) 유니버셜 조인트

두 축이 비교적 떨어진 위치에 있는 경우나 각도(편각)가 큰 경우에 이 두 축을 연결하기 위해 사용된느 축이음(커플링)의 일종이다. 

관계 위치가 끊임없이 변화하는 두 개의 동력전달 축을 연결한 거플링으로 자동차의 프로펠러 샤프르나 드라이브 샤프트 등의 연결부에 쓰인다. 

 

3. 간접동력전달장치

회전차가 전달 매개체에 의해 회전하여 동력을 전달하는 기계요소

 

1) 벨트 전동(평 벨트, V-벨트, 타이밍 벨트)

2) 체인

3) 와이어로프 전동

- 로프 : 보통 1개의 심강 주위에 6본의 스트랜드를 일정피치로 꼬아서 만든 것.

- 로프 전동 : 풀리의 림에 홈이 파여 있는 홈바퀴에 로프를 걸어 감고, 림과 홈바퀴 사이의 마찰력에 의해 축에 운동과 동력을 전달

 

4. 축이음 설계시 고려사항

1) 커플링

• 센터의 맞춤이 완전할 것.
• 회전 균형이 완전할 것
• 설치, 분해가 용이할 것
• 토크 전달에 충분한 강도를 가질 것
• 회전부에 돌기물이 없을 것
• 신뢰성이 높을 것

2) 클러치

• 마모 발생시 수정이 용이할 것
• 관성력을 적게 하기 위해 소형, 경량일 것
• 마찰계수가 적당할 것
• 마찰면의 열 발산이 우수하여 열에 의한 변형이 없을 것
• 원활한 단속이 가능할 것
• 균현 상태가 좋을 것