커플링(Coupling)이란 두 개의 축을 연결하여 동력을 전달하는 장치입니다. 정렬 정밀도와 토크 요구 사항에 따라 강성 커플링과 유연 커플링으로 나뉩니다.
축 커플링(Shaft Coupling)은 구동축과 피동축 같은 두 개의 회전축을 연결하여 동력을 전달하는 기계 부품입니다. 모터, 펌프, 발전기, 압축기 등에 널리 사용됩니다.
위 그림과 같이 커플링을 사용하여 두 축을 연결할 수 있습니다. 축 직경이 달라도 문제없습니다.
위 그림에서 모터는 구동 측, 프로펠러는 피동 측입니다.
커플링은 모터의 열 등이 피동 측으로 전달되지 않도록 차단합니다.
커플링은 충격과 진동의 전달을 흡수하여 주변 부품의 손상을 방지합니다.
축 커플링이 사용되는 주요 이유는 다음과 같습니다.
주요 커플링 유형은 다음과 같습니다.
두 축이 완벽하게 정렬된 경우에 사용합니다. 근접 정렬 상황에서만 적합합니다. 예: 슬리브/머프 커플링, 스플릿-머프 커플링, 플랜지 커플링.
가장 단순한 강성 커플링으로 주철로 제작됩니다.
구조: 축, 키, 슬리브(머프), 중공 실린더로 구성되며 실린더 내경은 축 직경과 같습니다. 깁 헤드 키를 사용하여 두 축의 끝단에 고정합니다.
동력은 키와 슬리브를 통해 한 축에서 다른 축으로 전달됩니다. 모든 요소가 토크를 전달할 만큼 충분히 강해야 합니다.
스플릿 머프 커플링이라고도 합니다. 머프나 슬리브를 두 개의 반쪽으로 나누고 볼트로 조립합니다. 반쪽은 주철로 만들며 스터드나 볼트로 연결합니다.
두 축의 끝단을 연결하고 키를 키웨이에 장착합니다. 머프의 한 끝은 아래에서 고정하고 다른 끝은 위에서 고정하여 볼트와 너트로 결합합니다. 고속 중부하 작업에 널리 사용되며, 커플링 분해·조립 시 축 위치를 변경할 필요가 없습니다.
각 축 끝단에 고정된 두 개의 주철 플랜지를 볼트로 결합하여 동력을 전달합니다. 밀폐된 방식으로 두 튜브를 연결하는 역할도 합니다.
한 플랜지에는 돌출부가, 다른 플랜지에는 대응하는 리세스가 있어 정확한 정렬을 돕습니다. 너트와 볼트로 두 플랜지를 결합하며, 축을 동일 선상에 유지하고 정렬을 유지합니다. 가압 배관 시스템과 대형 축의 중부하 전달에 주로 사용됩니다.
플랜지 커플링의 세 가지 유형:
측방 및 각도 정렬 불량이 있는 두 축을 연결할 때 사용합니다. 예: 부시 핀형, 유니버설, 올드햄, 기어, 벨로우즈, 조, 다이어프램 커플링.
약간의 평행, 각도, 축 방향 정렬 불량에 사용합니다. 강성 플랜지 커플링의 변형으로, 구조가 다른 두 반쪽과 핀(볼트), 고무 부시로 구성됩니다.
두 반쪽 면 사이에 5mm 간극이 있으며 강성 연결 없이 압축된 고무 또는 가죽 부시를 통해 동력을 전달합니다.
훅 커플링(Hooke's Coupling)이라고도 합니다. 두 축의 중심선이 작은 각도로 교차할 때 사용합니다. 두 축의 기울기는 일정할 수 있으나 실제로는 동력 전달 시 변합니다.
자동차의 변속기에서 디퍼렌셜로 동력을 전달할 때 양 끝에 유니버설 조인트를 사용합니다. 다축 드릴링 머신, 밀링 머신의 스핀들 동력 전달에도 사용됩니다.
두 축에 횡방향 정렬 불량이 있을 때 사용합니다. 두 플랜지(A, B)에 슬롯이 있고 중간 플로팅 부품(E)에 두 개의 탱(T1, T2)이 있는 구조입니다.
중간 부품은 핀으로 플랜지와 고정됩니다. T1은 플랜지 A에 맞물려 전후 운동을, T2는 플랜지 B에 맞물려 상하 운동을 허용합니다. 회전 시 이 두 운동 성분이 합쳐져 횡방향 정렬 불량을 보정합니다.
플랜지 커플링의 변형으로, 큰 치형 덕분에 고토크 전달이 가능합니다. 플랜지와 허브가 별도 부품으로 조립됩니다.
각 조인트는 1:1 기어비의 내부·외부 기어쌍을 가집니다. 평행 정렬 불량 약 0.01~0.02인치, 각도 정렬 불량 약 2도까지 허용됩니다. 고토크가 필요한 중장비 분야에서 유니버설 조인트와 유사한 용도로 쓰입니다.
양 끝에 허브가 있는 유연 커플링으로 뛰어난 비틀림 강성을 가져 속도, 각도 위치, 토크를 정밀하게 전달합니다. 주로 스테인리스강으로 제작되며 고정밀 위치 결정이 필요한 곳에 사용됩니다. 얇은 벽으로 약간의 각도, 축, 평행 정렬 불량을 흡수하며 허브는 벨로우즈에 용접됩니다. 서보 모터 커플링 중 가장 높은 비틀림 강성을 가집니다.
범용 동력 전달 및 모션 제어에 사용됩니다. 토크를 전달하면서 시스템 진동을 줄이고 정렬 불량을 보정하여 다른 부품을 보호합니다.
두 개의 금속 허브와 엘라스토머 인서트(일명 '스파이더')로 구성됩니다.
장점:
고성능 터보 기계에 사용되는 비윤활 커플링으로 토크 전달과 축 간 정렬 불량 보정 역할을 합니다. 토크를 외부 직경에서 내부 직경으로, 다시 내부에서 외부로 전달합니다. 단일 또는 다중 플레이트를 유연 부재로 사용하며 각도, 축, 평행 정렬 불량을 허용합니다. 고토크·고속이 요구되는 곳에 적합합니다.
유압 커플링이라고도 하며, 유체의 가감속을 통해 회전 기계 동력을 전달하는 유체역학적 장치입니다. 구동축(입력)에 임펠러, 피동축(출력)에 러너가 있습니다. 임펠러는 펌프, 러너는 터빈 역할을 합니다.
임펠러 중심부에서는 유체의 접선 속도 성분이 낮고 외곽에서는 높습니다. 임펠러가 유체를 가속하면 속도와 운동 에너지가 증가합니다. 고속 유체가 임펠러에서 나와 러너 블레이드에 부딪혀 에너지를 전달하고 저속으로 러너를 빠져나갑니다.
지금까지 축 커플링의 정의와 13가지 유형을 살펴보았습니다. 빠진 내용이나 궁금한 점이 있으면 댓글이나 이메일로 문의해 주세요. 뉴스레터를 구독하면 최신 기사 알림을 받을 수 있습니다.
산업기술
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