샤프트기계 시스템의 핵심 부품으로, 토크와 베어링 굽힘 모멘트를 전달하면서 모든 전달 요소를 지지하는 중추 역할을 합니다. 샤프트 설계는 개별적인 특성뿐만 아니라 샤프트 시스템의 전체 구조와의 통합성도 고려해야 합니다. 운동 및 동력 전달 시 발생하는 하중의 종류에 따라 샤프트는 스핀들, 구동축, 회전축으로 분류할 수 있습니다. 또한 축의 형상에 따라 직선축, 편심축, 크랭크축, 플렉서블 샤프트로 구분할 수 있습니다.
스핀들
1. 고정 스핀들
이 유형의 스핀들은 고정된 상태에서 굽힘 모멘트만 감당합니다. 구조가 간단하고 강성이 우수하여 자전거 차축과 같은 용도에 적합합니다.
2. 회전 스핀들
고정 스핀들과 달리 회전 스핀들은 운동 중에 굽힘 모멘트를 받습니다. 회전 스핀들은 기차 바퀴 축에서 흔히 볼 수 있습니다.
드라이브 샤프트
구동축은 토크를 전달하도록 설계되었으며, 높은 회전 속도 때문에 일반적으로 더 깁니다. 원심력으로 인한 심각한 진동을 방지하기 위해 구동축의 질량은 원주를 따라 고르게 분포됩니다. 최신 구동축은 중공 구조를 사용하는 경우가 많은데, 이는 중실 축보다 더 높은 임계 속도를 제공하여 안전성과 재료 효율을 높입니다. 예를 들어, 자동차 구동축은 일반적으로 두께가 균일한 강판으로 제작되는 반면, 대형 차량은 이음매 없는 강관을 사용하는 경우가 많습니다.
회전축
회전축은 굽힘 모멘트와 비틀림 모멘트를 모두 견딘다는 점에서 독특하며, 이로 인해 기계 장비에서 가장 흔한 구성 요소 중 하나가 됩니다.
스트레이트 샤프트
직선 샤프트는 선형 축을 가지며 광학 샤프트와 계단형 샤프트로 분류할 수 있습니다. 직선 샤프트는 일반적으로 속이 비어 있지만, 강성과 비틀림 안정성을 유지하면서 무게를 줄이기 위해 속이 비어 있도록 설계될 수 있습니다.
1.광학 샤프트
모양이 간단하고 제조하기 쉬운 이 샤프트는 주로 전달에 사용됩니다.
2. 계단형 샤프트
계단형 종단면을 가진 샤프트를 계단형 샤프트라고 합니다. 이러한 설계는 부품의 설치 및 위치 조정을 용이하게 하여 하중 분배 효율을 높입니다. 균일한 강도를 가진 보와 유사한 형상을 가지고 있지만, 여러 개의 응력 집중점을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 계단형 샤프트는 다양한 변속 장치에 널리 사용됩니다.
3.캠축
캠샤프트는 피스톤 엔진의 핵심 부품입니다. 4행정 엔진에서 캠샤프트는 일반적으로 크랭크샤프트 속도의 절반으로 작동하지만, 높은 회전 속도를 유지하고 상당한 토크를 견뎌야 합니다. 따라서 캠샤프트 설계 시 강도와 지지력에 대한 엄격한 요건이 적용됩니다.
캠샤프트는 일반적으로 특수 주철로 제작되지만, 내구성 향상을 위해 단조 소재로 제작되는 경우도 있습니다. 캠샤프트의 설계는 엔진의 전체 구조에서 중요한 역할을 합니다.
4. 스플라인 샤프트
스플라인 샤프트는 표면에 세로 방향의 키웨이가 있는 독특한 외관 때문에 이름이 붙여졌습니다. 이 키웨이는 샤프트에 장착된 회전 부품이 동기 회전을 유지할 수 있도록 합니다. 이러한 회전 기능 외에도 스플라인 샤프트는 축 방향 이동도 가능하게 하며, 일부 설계에는 제동 및 조향 시스템에 사용되는 안정적인 잠금 장치가 통합되어 있습니다.
또 다른 변형은 내부 튜브와 외부 튜브로 구성된 텔레스코픽 샤프트입니다. 외부 튜브에는 내부 톱니가 있고, 내부 튜브에는 외부 톱니가 있어 서로 완벽하게 맞물립니다. 이 디자인은 회전 토크를 전달할 뿐만 아니라 길이를 늘리고 줄일 수 있어 변속 기어 장치에 사용하기에 이상적입니다.
5.기어 샤프트
기어의 데덴덤 원에서 키웨이 바닥까지의 거리가 최소일 때, 기어와 샤프트는 기어 샤프트라는 단일 유닛으로 통합됩니다. 이 기계 부품은 회전 부품을 지지하고, 회전 부품과 함께 작동하여 운동, 토크 또는 굽힘 모멘트를 전달합니다.
6. 웜 샤프트
웜 샤프트는 일반적으로 웜과 샤프트를 모두 통합한 단일 장치로 구성됩니다.
7. 중공 샤프트
중앙이 비어 있는 샤프트를 중공 샤프트라고 합니다. 토크를 전달할 때 중공 샤프트의 외층은 가장 큰 전단 응력을 받아 재료의 효율적인 사용이 가능합니다. 중공 샤프트와 중실 샤프트의 굽힘 모멘트가 동일한 조건에서 중공 샤프트는 성능 저하 없이 무게를 크게 줄입니다.
크랭크 샤프트
크랭크샤프트는 엔진의 핵심 부품으로, 일반적으로 탄소 구조강이나 연성 주철로 제작됩니다. 크랭크샤프트는 메인 저널과 커넥팅로드 저널, 두 가지 핵심 부분으로 구성됩니다. 메인 저널은 엔진 블록에 장착되고, 커넥팅로드 저널은 커넥팅로드의 큰 쪽 끝단에 연결됩니다. 커넥팅로드의 작은 쪽 끝단은 실린더의 피스톤에 연결되어 고전적인 크랭크 슬라이더 메커니즘을 형성합니다.
편심축
편심축은 축이 중심과 정렬되지 않은 축으로 정의됩니다. 주로 부품의 회전을 촉진하는 일반 축과 달리, 편심축은 회전과 회전을 모두 전달할 수 있습니다. 축 사이의 중심 거리를 조정하기 위해 편심축은 V-벨트 구동 시스템과 같은 평면 연결 장치에 일반적으로 사용됩니다.
플렉시블 샤프트
플렉서블 샤프트는 주로 토크와 운동을 전달하도록 설계되었습니다. 플렉서블 샤프트는 비틀림 강성에 비해 굽힘 강성이 현저히 낮기 때문에 다양한 장애물을 쉽게 통과할 수 있어 주 동력원과 작업 기계 간의 장거리 전달이 가능합니다.
이 샤프트는 추가적인 중간 전달 장치 없이 상대적인 움직임을 갖는 두 축 사이의 운동 전달을 용이하게 하므로 장거리 애플리케이션에 이상적입니다. 단순한 설계와 저렴한 가격으로 다양한 기계 시스템에서 널리 사용되고 있습니다. 또한, 유연한 샤프트는 충격과 진동을 흡수하여 전반적인 성능을 향상시킵니다.
일반적인 적용 분야로는 휴대용 전동 공구, 공작 기계의 특정 변속 시스템, 주행 거리계, 원격 제어 장치 등이 있습니다.
1.파워형 플렉시블 샤프트
동력형 플렉서블 샤프트는 소프트 샤프트 조인트 끝단에 고정 연결부가 있으며, 호스 조인트 내부에 슬라이딩 슬리브가 장착되어 있습니다. 이러한 샤프트는 주로 토크 전달을 위해 설계되었습니다. 동력형 플렉서블 샤프트의 기본 요건은 충분한 비틀림 강성입니다. 일반적으로 이러한 샤프트에는 단방향 전달을 보장하기 위한 역회전 방지 장치가 포함되어 있습니다. 외층은 더 큰 직경의 강철 와이어로 제작되며, 일부 디자인은 코어 로드를 포함하지 않아 내마모성과 유연성을 모두 향상시킵니다.
2. 제어형 플렉시블 샤프트
제어형 플렉시블 샤프트는 주로 운동 전달용으로 설계되었습니다. 제어형 플렉시블 샤프트가 전달하는 토크는 주로 와이어 플렉시블 샤프트와 호스 사이에 발생하는 마찰 토크를 극복하는 데 사용됩니다. 이러한 샤프트는 낮은 굽힘 강성뿐만 아니라 충분한 비틀림 강성도 가져야 합니다. 동력형 플렉시블 샤프트와 비교했을 때, 제어형 플렉시블 샤프트는 코어 로드, 더 많은 권선층, 그리고 더 작은 와이어 직경을 포함하는 구조적 특징이 특징입니다.
플렉시블 샤프트의 구조
유연한 샤프트는 일반적으로 와이어 유연한 샤프트, 유연한 샤프트 조인트, 호스 및 호스 조인트 등 여러 구성 요소로 구성됩니다.
1. 와이어 플렉서블 샤프트
와이어 플렉서블 샤프트(flexible shaft)는 여러 겹의 강철 와이어를 서로 감아 원형 단면을 형성합니다. 각 층은 여러 가닥의 와이어가 동시에 감겨 있어 마치 다중 가닥 스프링과 유사한 구조를 갖습니다. 가장 안쪽 와이어 층은 코어 로드(core rod)를 감싸고, 인접한 층은 반대 방향으로 감겨 있습니다. 이러한 설계는 농업 기계에 일반적으로 사용됩니다.
2. 플렉시블 샤프트 조인트
플렉서블 샤프트 조인트는 출력 샤프트를 작동 부품에 연결하도록 설계되었습니다. 고정형과 슬라이딩형의 두 가지 연결 유형이 있습니다. 고정형은 일반적으로 짧은 플렉서블 샤프트 또는 굽힘 반경이 비교적 일정한 용도에 사용됩니다. 반면, 슬라이딩형은 작동 중 굽힘 반경이 크게 변하는 경우에 사용되며, 호스가 구부러질 때 길이 변화에 대응하기 위해 호스 내에서 더 큰 움직임을 허용합니다.
3.호스 및 호스 조인트
보호 덮개라고도 하는 호스는 와이어 플렉서블 샤프트가 외부 부품과 접촉하지 않도록 보호하여 작업자의 안전을 보장합니다. 또한, 윤활유를 저장하고 이물질 유입을 방지합니다. 작동 중에는 호스가 지지력을 제공하여 플렉서블 샤프트를 더 쉽게 다룰 수 있도록 합니다. 특히, 호스는 전달 중에 플렉서블 샤프트와 함께 회전하지 않아 부드럽고 효율적인 작동이 가능합니다.
엔지니어와 설계자가 기계 시스템에서 최적의 성능과 신뢰성을 확보하기 위해서는 샤프트의 다양한 종류와 기능을 이해하는 것이 매우 중요합니다. 특정 용도에 적합한 샤프트 유형을 선택하면 기계의 효율과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 기계 부품과 그 용도에 대한 더 자세한 정보를 원하시면 최신 업데이트를 기대해 주세요!
게시 시간: 2024년 10월 15일
