벨트 드라이브와 체인 드라이브의 차이점 - 2020 - 다른 사람

원동기는 다른 형태의 에너지를 변환하여 기계적 에너지를 생성하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 전기 모터는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 이를 샤프트 회전의 형태로 전달합니다. 유사하게, 수력 터빈, 증기 터빈, 풍차 등도 원동기 역할을 할 수 있습니다. 기계식 드라이브는 이러한 원동기(드라이버 샤프트)에서 기계 부품(구동 샤프트)으로 모션, 토크 및 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 변속기 외에도 기계 장치의 요구 사항에 따라 회전 방향을 변경하고 속도를 변경할 수도 있습니다. 네 가지 기계식 드라이브, 즉 기어 드라이브, 벨트 드라이브, 체인 드라이브 및 로프 드라이브가 있습니다. 이러한 드라이브는 또한 효율적이고 중단 없는 동력 전달을 위해 다른 동력 전달 요소(샤프트, 키, 커플링, 브레이크, 클러치, 풀리, 스프로킷 등)의 도움을 받습니다.

4개의 기계식 드라이브는 각각 장점과 한계가 있습니다. 따라서 특정 목적에 적합합니다. 이 4가지 드라이브는 다양한 기준에 따라 여러 방식으로 분류될 수 있습니다. 이러한 분류 기준 중 하나는 동력 전달 수단입니다. 두 개의 결합 부품 사이의 마찰력에 의해 동력이 전달되는 모든 드라이브에서 마찰 드라이브(예:벨트 드라이브)라고 합니다. 결합을 통해 동력이 전달되는 경우 이러한 유형의 구동을 결합 구동(예:기어 구동 및 체인 구동)이라고 합니다. 기계식 드라이브를 분류하는 또 다른 요소는 유연한 요소의 존재입니다. 드라이버와 종동 샤프트 사이에 중간 유연한 연결이 존재하는 이러한 모든 드라이브를 플렉시블 드라이브라고 합니다. 반면에 그러한 중간 연결이 없으면 강성 드라이브로 그룹화됩니다. 벨트 드라이브와 체인 드라이브는 모두 유연한 드라이브에 속합니다. 반면 기어 드라이브는 하나의 고정 드라이브입니다.

벨트 구동 풀리와 벨트 사이의 마찰력에 의해 드라이버에서 종동축으로 동력과 운동을 전달하는 하나의 유연한 마찰 드라이브입니다. 중장거리 전력 전송에 적합합니다. 그러나 그 능력은 벨트와 풀리 사이의 마찰력으로 제한됩니다. 따라서 무거운 동력 전달 요구 사항에는 적합하지 않습니다. 반면에 체인 드라이브 스프로킷이 있는 체인의 연속적인 결합 및 분리를 통해 동력이 전달되는 하나의 유연한 결합 드라이브입니다. 벨트 드라이브는 미끄러지기 쉬운 반면 체인 드라이브는 미끄러지지 않습니다. 그러나 반드시 일정한 속도 비율을 제공하는 것은 아닙니다. 벨트 구동과 체인 구동의 다양한 차이점이 아래 표 형식으로 나와 있습니다.

표:벨트 구동과 체인 구동의 차이점

마찰 및 참여 유도: 마찰 드라이브에서 동력 및 모션 전달은 두 부품 간의 마찰을 통해 발생합니다. 벨트 구동은 풀리와 벨트 사이의 마찰력이 동력 전달 수단으로 작용하기 때문에 하나의 마찰 구동입니다. 유사하게 로프 드라이브도 하나의 마찰 드라이브입니다. 한편, 톱니 부분의 연속적인 맞물림과 풀림으로 인해 동력 및 운동 전달이 발생하는 경우를 맞물림 구동이라고 합니다. 여기서 마찰력은 동력 전달에 직접적인 역할을 하지 않습니다. 예를 들어, 체인 구동에서 톱니 스프로킷과 해당 체인의 결합을 통해 동력이 전달됩니다. 마찬가지로, 기어 드라이브도 하나의 참여 드라이브입니다.

슬립 및 긍정적 추진력: 포지티브 드라이브는 작동 중에 일정한 속도 비율을 제공하는 드라이브입니다. 슬립, 크리프, 다각형 효과 등과 같은 다양한 현상은 회전 속도를 변경하여 속도 비율을 방해하는 경향이 있습니다. 선반의 나사 절삭과 같은 다양한 작업에서 일정한 속도 비율이 매우 요구됩니다. 기어 드라이브는 진정한 긍정적인 드라이브를 제공할 수 있는 유일한 기계식 드라이브입니다. 벨트 구동은 미끄러지기 쉽고 일정한 속도비를 제공할 수 없습니다. V-벨트와 늑골이 있는 벨트는 슬립율을 최소화하는 경향이 있지만 크리프는 속도비를 방해할 수도 있습니다. 반면에 체인 드라이브는 미끄러짐이 없습니다. 그러나 다각형 효과는 속도 비율을 바람직하지 않게 변경할 수 있습니다.

선호 샤프트 거리: 기계식 드라이브의 기본 목적은 구동축(예:원동기)에서 종동축(예:기계)으로 운동과 동력을 전달하는 것입니다. 드라이버와 종동축 사이의 거리는 바닥 레이아웃을 비롯한 여러 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 단거리 동력 전달에는 기어 구동이 선호됩니다. 평벨트 드라이브는 중거리에서 장거리(3 – 15m)에 적합합니다. 그러나 V-벨트는 짧은 거리(일반적으로 최대 1m)에도 사용할 수 있습니다. 샤프트 거리가 더 길면 벨트가 휘는 경향이 있습니다(두 풀리 사이에서 진동). 벨트의 느슨한 쪽도 구부릴 수 있습니다. 따라서 추가 지원이 필요할 수 있습니다. 반면에 중소거리 동력 전달에는 체인 드라이브가 선호됩니다. 체인은 일반적으로 벨트에 비해 무거우므로 장거리에서 사용할 경우 시스템 중량이 크게 증가할 수 있습니다. 체인 길이가 더 길면 지지 스프로킷도 필요합니다.

가능한 얼굴: 평벨트의 경우 벨트의 안쪽 부분만 풀리와 접촉합니다. 크로스 벨트 배열에서도 벨트는 두 개의 다른 평면으로 구부러져 내부 부분만 풀리와 접촉하도록 합니다. V-벨트에서는 두 개의 기울어진 측면만 해당 풀리와 접촉합니다. 이러한 접촉면은 변경할 수 없습니다. 예를 들어, 평벨트의 외부 부분은 동력 전달에 활용될 수 없습니다. 그러나 체인구동은 양쪽(안과 밖)을 문제 없이 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다. 하나의 드라이버 샤프트로 구동하기 위해 여러 샤프트(최소 3개)가 필요한 경우 양쪽 모두 동시에 사용할 수 있습니다.

효율: 마찰 구동 방식이므로 벨트 구동 시 마찰로 인한 동력 손실이 발생합니다. 이것은 드라이브의 효율성을 감소시킵니다. 단일 단계에서 벨트 구동은 주로 결합 표면의 마찰 특성, 초기 장력, 벨트 유형, 랩 각도, 슬립 및 크리프에 따라 92~96% 범위의 효율성을 제공할 수 있습니다. 체인 드라이브는 마찰 손실이 무시할 수 있으므로 더 나은 효율성을 제공할 수 있습니다. 새 체인을 적절하게 윤활하면 일반적으로 95~98%의 효율성을 제공할 수 있습니다.

작업실 온도: 대부분의 엔지니어링 재료는 온도에 따라 치수 변화를 나타냅니다. 그러나 변화 정도는 해당 재료의 열팽창 계수에 따라 다릅니다. 벨트는 일반적으로 고무, 패브릭 고무, 플라이 가죽 또는 합성 재료로 만들어집니다. 벨트는 비금속 소재이므로 대기 온도의 작은 변화에도 치수가 크게 변합니다. 습도도 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 온도가 증가하면 벨트 길이도 증가하여 더 많은 슬립, 동력 손실, 불안정한 속도 및 저하된 효율성을 초래합니다. 대기 온도가 낮아지면 벨트 길이가 줄어들어 베어링(샤프트 장착)에 더 많은 부하가 가해집니다. 작업실 온도의 작은 변화는 체인 구동에서 감지할 수 있는 문제를 일으키지 않습니다. 체인에 윤활이 잘 되어 있어 습기의 영향도 미미합니다.

축 방향 및 오정렬: 드라이버와 종동축의 방향에 따라 적절한 기계식 드라이브를 선택해야 합니다. 벨트 및 체인 드라이브는 평행한 샤프트 사이에서만 동력을 전달할 수 있습니다. 1/4 회전 벨트는 수직 비교차 축에 사용할 수 있지만 베벨 또는 웜 기어에 비해 많은 제한과 성능 저하로 인해 널리 사용되지 않습니다. 풀리를 해당 축에 고정할 때 약간의 각도나 위치가 어긋나더라도 동력 전달에는 문제가 되지 않습니다. 반면에 체인 드라이브는 평행하지 않은 샤프트에는 사용할 수 없습니다. 항상 스프로킷의 적절한 정렬이 필요합니다. 그렇지 않으면 체인의 슬롯이 스프로킷의 톱니와 일치하지 않아 턱이 스프로킷에서 튀어나오는 경향이 있습니다.

초기 장력: 벨트 구동은 운반에 필요한 하중과 작동 속도에 따라 초기 장력이 필요합니다. 벨트 장력을 자주 조정하여 벨트 길이가 점진적으로 증가하는 효과를 완화하는 것이 좋습니다. 이 초기 장력은 베어링에 가해지는 하중을 증가시킵니다. 그러나 체인 구동은 동력 전달을 위해 체인에 이러한 장력을 유지할 필요가 없습니다.

윤활: 벨트 구동은 가끔 윤활만 필요합니다. 원하는 것보다 높은 윤활은 바람직하지 않게 슬립을 증가시키므로 해롭습니다. 체인 구동에는 빈번한 윤활이 필요합니다. 그러나 기어 드라이브에서 원하는 대로 완전한 윤활은 아닙니다. 윤활유 비용은 벨트 구동에 비해 체인 구동에서 고려해야 할 또 다른 요소입니다.

이 기사에서는 벨트 구동과 체인 구동의 과학적 비교를 제시합니다. 저자는 또한 주제에 대한 더 나은 이해를 위해 다음 참조를 검토할 것을 제안합니다.

1. V. B. Bhandari의 기계 요소 설계(4판, McGraw Hill Education)
2. R. L. Norton의 기계 설계(5판, Pearson Education).
3. R. S. Khurmi와 J. K. Gupta의 기계 설계 교과서(S. Chand, 2014)