커플링(Coupling) 종류별 정의, 용도, 구조 총정리

커플링(Coupling) / 샤프트 커플링(Shaft Coupling) 정의

두 축을 끝단에서 연결하여 동력 전달하는 기계 요소. 주 기능: 동력 전달 + 정렬 오차(편심/편각/축방향) 흡수 + 진동/충격 차단 + 열전달 차단.

커플링 4대 핵심 기능

1. 동력 전달: 구동축 → 피동축. 일체형 축 대비 제작/수송/조립/교체 용이
2. 정렬 오차 흡수: 편심(Eccentricity), 편각(Angular), 축방향 변위(Axial) 흡수 → 진동/소음/베어링 수명 저하 방지
3. 진동/충격 차단: 구동측 진동/외부 충격 → 피동측/정밀 부품(볼스크류 등) 보호
4. 열 차단: 모터 열 → 피동측 전달 차단 → 열변위/정밀도 저하 방지

커플링 분류 및 상세

1. 강성 커플링 (Rigid Coupling) - 완벽 정렬 필수

• 용도: 정렬 정밀도 높고 변위 없는 축간 연결
• 오정렬 시 토크 → 축/베어링 전달 → 조기 파손
• 세부: 머프(Muff/Sleeve) 커플링 (중공 원통 + 기브 키), 플랜지(Flange) 커플링 (플랜지 볼트 체결)

2. 머프/슬리브 커플링 (Muff/Sleeve Coupling)

• 최강 강성 커플링. 주철 중공 실린더 + 침입 키(Key)
• 키/슬리브로 동력 전달. 구조 단순, 저가

3. 분할 머프/압축 커플링 (Split Muff / Compression Coupling)

• 슬리브 2분할 (주철). 상/하 볼트/스터드 체결 (4~8개, 4의 배수)
• 축 위치 변경 없이 조립/분해 가능. 중부하/중속 적합. 콤팩트, 돌출부 최소

4. 플랜지 커플링 (Flange Coupling)

• 양축 단부 플랜지 + 볼트/너트 체결. 1체화된 대질량화
• 한쪽 플랜지 돌기 + 타측 리세스로 자동 센터링
• 가압 배관/대형 축계 적용. 유형: 무보호/보호/선박용(마린 타입)

5. 플렉시블 커플링 (Flexible Coupling) - 오차/진동/충격 흡수

• 대표: 크라운-핀(Crown-Pin) 타입. 핀에 가죽/고무 와셔로 탄성/절연
• 축방향 변위/기동 충격/미소 정렬 오차 흡수. 핀 탈착으로 신속 분리 가능
• 기타: 벨트 타입(저속/중출력), 내부 기어 타입(압연기 등 중부하), 비블리(Bibby) 타입(범용/대출력)

6. 부시 핀 타입 플렉시블 커플링 (Bushed Pin Type)

• 플랜지 커플링 변형: 볼트/너트 대신 고무 부시 + 핀 + 너트
• 고무 부시로 유연성 확보. 내부 황동 라이너로 마모 방지
• 플랜지 간 5mm 클리어런스 유지. 강성 연결 없음 → 고무 부시로만 동력 전달
• 장점: 단순, 충격/진동 흡수, 측면 0.5mm/각도 1.5° 오차 흡수
• 단점: 고가, 큰 반경 공간 필요

7. 유니버설 조인트/커플링 (Universal Coupling = Hooke's Joint)

• 교차각 있는 축간 연결 (이론상 최대 90°). 실사용: 소각도(~5°) 권장
• 자동차 프로펠러 샤프트(기어박스-디퍼렌셜) 양단 2개 사용
• 다축 가공기 스핀들 구동 등
• 등속 조인트(CV Joint) 아님: 단일 조인트는 출력 속도 맥동 발생

8. 올담 커플링 (Oldham Coupling)

• 편심(Parallel Misalignment) 전용. 1821년 존 올담 발명
• 구성: 플랜지 2개 + 중앙 디스크(폴리머/플라스틱). 플랜지 홈에 디스크 돌기 결합
• 장점: 콤팩트, 조립 용이, 과부하 시 디스크 우선 파단(보호), 전기 절연, 경제적
• 단점: 각도 오차 불가, 고토크 불가, 슬라이드 마모로 주기 교체 필요
• 용도: 스테퍼 모터, 로봇, 서보 모터, 프린터/복사기

9. 기어 커플링 (Gear Coupling)

• 플랜지 커플링 변형: 플랜지-허브 분리형, 대형 기어 치형으로 고토크 전달
• 1:1 내부/외부 기어 맞물림. 허용 오차: 평행 0.01~0.02인치, 각도 2°
• 유니버설 조인트와 유사 용도이나 고토크/중부하(펌프, 블로워, 압축기, 믹서) 특화
• 유형: 플랜지 슬리브(Flanged Sleeve), 연속 슬리브(Continuous Sleeve)
• 모션 제어용: 폴리머 슬리브로 백래시 저감

10. 벨로우즈 커플링 (Bellows Coupling)

• 양단 허브 + 정밀 주름관(벨로우즈) 일체형
• 비틀림 강성 최상급 → 속도/각위치/토크 정밀 전달
• 박벽으로 미세 각도/축/평행 오차만 흡수. 서보 모터 고정밀 위치결정용
• 허브-벨로우즈 용접. 스테인리스강 주재료

11. 조 커플링 (Jaw Coupling = Jaw & Spider)

• 2개 금속 허브 + 엘라스토머 스파이더(스파이더/엘리먼트)
• 허브 죠(Jaw) 사이 스파이더 압축 변형으로 토크 전달 + 진동 감쇠
• 일반 동력전달 + 모션 제어 겸용. 장점: 각도 오차/반력 흡수, 토크/외경 비 우수, 내화학성/감쇠성 양호

12. 다이아프램 커플링 (Diaphragm Coupling)

• 비윤활 고성능 터보기계용. 금속 다이아프램(단일/다중 플레이트)
• 외경→내경→스풀→내경→외경 경로로 토크 전달
• 각도/축/평행 오차 모두 흡수. 고토크/고속 필수 적용

13. 유체 커플링 (Fluid Coupling = Hydraulic Coupling)

• 작동유(오일) 순환으로 동력 전달 (수력학적/하이드로키네틱)
• 임펠러(구동측 펌프) → 러너(피동측 터빈). 출력 속도 < 입력 속도 (슬립 존재)
• 자동차 변속기, 선박 추진, 산업 동력전달용. 기계식 클러치 대체
• 무단 변속, 과부하 보호, 진동 차단, 부드러운 기동 특성

커플링 선정 가이드

용도/조건	추천 타입
정밀 정렬 가능, 저가, 저속 라인 샤프트	슬리브/머프, 클램프/분할 머프
정렬 정확도 중요, 중부하 (해양 주기관 등)	플랜지 커플링 (마린 타입)
소량 평행/각도/축 오차 흡수 필요	부시 핀 플렉시블
교차각 축간 연결 (자동차, 항공기)	유니버설 조인트 (CV 조인트 고려)
평행 오차만, 정밀/소형 모터	올담 커플링
초고토크, 중부하 산업 기계	기어 커플링
초정밀 위치결정, 서보 시스템	벨로우즈 커플링
범용 동력전달 + 진동 감쇠	조 커플링
고토크/고속 터보기계	다이아프램 커플링
부드러운 기동, 과부하 보호, 진동 차단	유체 커플링