축이음이란?
축이음은 두 개 이상의 축을 연결하여 동력을 전달하는 중요한 기계요소로, 수리 및 교환의 용이성을 제공하고 충격 하중을 감소시키며 과부하에 대한 보호와 회전체의 진동을 줄이는 역할을 합니다. 축이음은 커플링과 클러치로 구분되며, 커플링은 두 축을 영구적으로 연결하여 동력을 전달하고, 클러치는 동력 전달을 수동 또는 자동으로 제어할 수 있습니다. 설계 시에는 축이음의 구조, 축과의 고정 방법, 허용 회전수를 고려하여 기계에 가장 적합한 형태를 선택해야 합니다.
커플링의 종류 및 특징
커플링은 동력을 원동축에서 종동축으로 전달하는 장치로, 운전 중 탈착할 수 없는 반영구적인 축이음입니다.
고정 커플링 (Fixed Coupling)
고정 커플링은 두 축이 일직선상에 있도록 연결하며, 축과 커플링은 볼트나 키를 사용해 결합합니다. 주로 축 방향의 이동이 없는 경우에 사용되며, 주요 유형으로는 원통 커플링(머프, 반중첩, 마찰 원통, 분할 원통, 셀러)과 플랜지 커플링이 있습니다.
플렉시블 커플링 (Flexible Coupling)
플렉시블 커플링은 두 축의 중심선을 일치시키기 어렵거나 진동과 충격이 발생하는 경우에 사용됩니다. 이 커플링은 진동, 충격, 소음 및 베어링을 보호하는 역할을 합니다.
올덤 커플링 (Oldham’s Coupling)
올덤 커플링은 두 축이 평행하며 거리가 매우 가까울 때 사용됩니다. 이 커플링은 윤활이 어렵고 원심력에 의한 진동으로 인해 고속 회전에 부적합합니다.
유니버설 조인트 (Universal Joint)
유니버설 조인트는 두 축이 일직선상에 있지 않고 중심선이 30도 이내로 교차할 때 사용됩니다. 이 커플링은 축의 비스듬한 연결을 가능하게 하여 다양한 기계 응용에서 활용됩니다.
클러치의 종류 및 특징
클러치는 운전 중 결합된 축을 분리하여 동력 전달을 단속할 수 있는 장치로, 커플링과는 달리 운전 중 탈착이 가능한 것이 특징입니다. 클러치를 설계할 때는 소형 및 경량으로 관성력을 작게 유지하고, 두 축을 단속하는 데 무리가 없도록 하며, 접촉면의 마모를 고려해야 합니다. 클러치의 종류와 특징은 다음과 같습니다:
맞물림 클러치 (독클러치, 클로클러치)
맞물림 클러치는 미끄럼이 전혀 없어 정확한 속도비와 동력 전달이 가능하지만, 결합 시 충격이 있어 고속 회전에는 부적합합니다. 소형 및 경량으로 설계되어야 하며, 회전수를 작게 설정해야 합니다. 회전수가 클 경우 맞물린 이가 빠질 위험이 있으며, 운전 중에도 두 축을 빠르게 단속할 수 있어 반영구적입니다.
마찰 클러치
마찰 클러치는 단속이 자유롭고 결합 시 구동축과 종동축 사이에 충격이 없는 것이 특징입니다. 한쪽 면은 금속으로, 다른 한쪽 면에는 가죽, 고무, 목재 등을 사용하여 제작됩니다. 고속 회전이 가능해 자동차, 공작 기계 등 다양한 기계에 널리 사용됩니다.
원심 클러치
원심 클러치는 구동축이 일정 회전수에 도달하면 자동으로 작동하여 종동축에 동력을 전달하는 방식입니다. 이 클러치는 고속에서 주로 사용됩니다.
유체 클러치
유체 클러치는 펌프축을 원동기로, 터빈축을 부하로 하여 동력을 전달합니다. 유체(오일)를 동력 전달 매체로 이용하여 유체의 운동 에너지를 활용하며, 자동차의 자동 변속기 토크 컨버터 등에 사용됩니다.
일방향 클러치
일방향 클러치는 구동축의 속도가 종동축보다 느려질 때 종동축이 자유롭게 회전할 수 있도록 하여 동력 전달이 한 방향으로만 이루어지도록 합니다.
