커플링의 종류 9가지

 

기계 요소 설계 시 각각 입력/출력단의 샤프트 끝 

부분을 하나의 입-출력 단으로 통합하기 위해 동축으로 

만들어야 할 경우 커플링을 사용합니다. 

 

 

이는 다시말해 두 개의 서로 다른 부품의 토르크를 

하나의 모션으로 연결하는 것으로 사용자가 의도한 

두 개의 축 옵셋 보상이 가능하며 기계적 변속 장치류의 

시스템 진동을 줄이기 위한 충격 부하와 진동을 

일정량 이상 흡수하는 성능을 갖고 있는 형식의 커플링도 있습니다. 

 

 

샤프트 커플링은 일반적으로 Rigid 형식과 Flexible type 으로 구분합니다. 

Rigid type은 샤프트 오정렬이 발생할 경우 입력단 혹은 

출력 단에서 발생하는 충격과 진동에 취약합니다. 

 

반면 Flexible type 은 샤프트 오정렬을 보정하는 기능이 있어 

오정렬로 인한 진동이나 충격을 흡수할 수 있습니다. 

 

• Rigid : 단단한
• Flexible : 유연한

힘을 전달하는 기계 요소는 대부분 마찰이나 열, 기타 원인으로 

인해 동력 전달 효율이 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있습니다. 

이는 힘이 속도와 함께 다른 한 축으로 전달되는 과정에서 

발생하지만 상대적으로 커플링에 의해 발생하는 

전달 토르크의 감소는 낮으며 높은 효율을 갖고 있습니다. 

 

 

커플링을 선정할 때 필요한 정보로 연결하고자 하는 축의 

오정렬 유형 조합과 전달될 최대 토르크, 충격 하중 및 허용 하중, 

비틀림 강성에 기초해야 합니다. 

 

 

예를 들어 토르크 과부하를 방지하기 위해 

토르크 제한 클러치를 고려하거나 방향에 대한 오정렬을 

정밀하게 제어해야할 때 추가적인 스러스트 베어링을 고려해야 합니다. 

 

 

1. 슬리브 커플링 (Sleeve coupling)

 

 

 

형식 : Rigid

 

슬리브 커플링은 원형 형태의 실린더 안에 샤프트 

키 홈 자리가 가공되어 있으며 샤프트 단부 전체가 

하나의 부품으로 간단한 형태로 구성되어 있습니다. 

박스 커플링으로 불리우는 이 형식은 가장 기본적인 

형태의 커플링이며 제작 비용이 가장 저렴합니다. 

 

커플링 몸체 에는 세트 스크류를 장착할 수 있게 

나사산이 가공되어 있으며 샤프트의 크기가 

다른 두 개의 중공축을 서로 연결할 수 있습니다. 

 

각기 다른 축 크기에 따른 보어 공차를 다르게 적용하여야 합니다.  

 

2. 플랜지 커플링 (Flange coupling)

 

 

형식 : Rigid

 

플랜지 커플링은 견고한 샤프트 연결 요소로써 상대적으로 

저렴하며 비교적 큰 토르크의 동력 전달이 필요할 때 사용합니다. 

플랜지 모양의 베이스 플레이트에는 볼트와 너트를 연결할 수 

있는 구멍이 가공되어 있으며 축단을 연결하는 

키 홈 몸체가 외부에 돌출되어 있어 두 개의 샤프트 축단을 

연결한 후 맞대어 조립합니다. 

 

이러한 결합 형태는 조립 강성을 높여 회전력에 

의한 슬립을 방지하고 안전성을 상승시킵니다. 

 

다만 주의할 점은 서로 다른 샤프트의 동심이 정적, 

동적 상태로 정렬 범위를 충분히 만족한 경우에만 사용할 수 있습니다. 

 

3. 클램프 & 압축 커플링 (Clamp and compression)

 

형식 : Rigid

 

이 형식의 커플링은 접합 부품을 고정할 때 사용하는 

클램프를 고정하는 관통 볼트와 축단 전체를 감싸는 

몸체로 이루어져 있으며 클램프 볼트를 풀었을 때 

접지력이 작아져서 분해할 수 있거나 단순히 반으로 

나뉘어 지는 구조로 되어 있습니다. 

 

두 개의 축단의 표면에 압착력을 이용한 접지력을 

이용하여 비교적 큰 토르크를 전달하는 용도로 사용할 수 있습니다. 

 

다만 고속회전 시 슬립이 발생할 수 있기 때문에 

고 정도용으로는 적합하지 않습니다. 

 

4. 플렉시블 커플링 (Flexible Coupling)

 

 

형식 : Flexible

 

플렉시블 커플링은 서로 일정하지 않은 두 개의 

축단을 연결해서 오정렬이나 진동, 충격에 유연하게 대처할 수 있습니다. 

 

플렉시블 커플링의 종류는 매우 다양합니다. 

 

기본 구성은 입력단 커플링과 출력단 커플링 2 개와 

연결 접합부 중앙에 Disk 가 부착되어 있어 각도 오정렬 및 

충격 고속회전에도 동력전달에 영향을 미치지 않습니다. 

 

일반적으로 오정렬 허용 각도는 3° 이내 입니다. 

 

산업에서 사용하는 대용량 모터나 펌프에 적합한 형태입니다. 

 

플렉시블 커플링은 정렬 불량의 이동량 과 조정사항 및 

장치류의 불규칙적인 하중에 의한 축간 동력 전단 손실을 최소화 합니다. 

 

오 정렬의 범위는 각도 오정렬과 평행 옵셋 두 가지로 분류합니다. 

높은 효율을 유지하는 방법은 샤프트 축단의 오정렬 없이 

평행 상태로 옵셋 거리가 유지될 때 가장 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 

 

 

5. 유니버셜 커플링 (Universal Coupling)

 

 

유니버셜 커플링은 두 개의 축단이 동일선상에 있는 것이 

아니라 중심선이 일렬로 정렬되지 않은 축단을 서로 연결할 때 사용합니다. 

 

연결 요소 중간은 링크 형태로 구성되어 있어 각도를 

보정하여 정렬할 수 있으며 연결 각도는 가능한 15˚ 를 

초과하지 않는 범위 내에서 사용합니다. 

 

유니버셜 연결방식을 사용한다는 것은 하나의 축을 기준으로 

다른 한축의 정렬 값에 많은 차이가 있을 때 사용하는 것으로 

일반적으로 생각할 수 있는 응용분야는 후륜 구동 방식의 자동차에 적용하는 것 입니다. 

 

 

6. 멀티 조우 커플링 (Multi jaw Coupling)

 

멀티 조우 커플링은 각각의 결합 톱니가 서로 맞물리는 

형태로 연결을 형성하여 두 개의 축단의 동력을 전달합니다. 

이러한 형식의 커플링은 튼튼하면서 쉽게 분리되는 장점을 갖고 있습니다. 

 

 

7. 스파이더 타입 커플링 (Spider type Coupling)

 

 

스파이더 형식 커플링은 중앙의 디스크와 양 끝의 엔드 허브 3개의 

부품으로 구성되어 있습니다. 

 

이러한 구성은 축의 오정렬 및 진동에 의한 동력 손실을 방지합니다. 

소형 펌프나 모터의 축 연결 기계 요소로 사용합니다. 

 

 

8. 벨로우즈 타입 커플링 (bellows type Coupling)

 

 

벨로우즈 타입 커플링은 축 정렬에 오차가 발생하는 구간에 

적용하며 최대 허용 각도는 5˚~10˚ 범위 내에서 사용합니다. 

 

이러한 형식의 커플링은 고속, 고 토르크 용보다는 저 용량 저속 장치 류에 적용합니다. 

 

9. 헬리컬 커플링 (Helical Coupling)

 

 

헬리컬 커플링은 샤프트 각도를 포함한 오정렬에 의한 

베어링에 가해지는 힘을 최소화 할 때 적용합니다. 

또한 회전에 의한 동력 전달시 일정한 속도와 제로 백래시로 

전달되어야 할 때 사용합니다. 위의 그림처럼 하나의 몸체에 

가공된 헬리컬을 가지고 있으며 이는 비틀림 강도에 유연하게 작용합니다. 

 

자동화 기계의 서보 모터, 기어드 모터와 같은 소형 모터에 많이 사용합니다. 

 

 

내용정리

 

커플링은 Rigid 형식과 flexible 형식으로 구분하며 

 

Rigid 형식은 솔리드 형식으로도 호칭합니다. 

 

이는 축 정렬에 의한 동력 전달 및 진동의 영향이 

 

없는 구간에 적용하는 것을 검토하며 반대로 오정렬에 의한 

 

진동, 충격의 영향을 최소화 할 때는 Flexible 형식을 적용합니다. 

 

Multi jaw 나 Flange 형식은 비교적 대 용량에 적용하며 

 

소형의 경우 스파이더, 헬리컬 형식을 적용한다는 것을 기억해야 겠습니다. 

 

Inside Insights (By Chandler)