동력 전달 애플리케이션을 위한 허브 고정 장치 선택 시 고려할 사항

SDP/SI

기어, 풀리, 커플링, 샤프트 익스텐더, 샤프트 감속기, 플렉시블 샤프트, 샤프트 액세서리는 중요한 회전이나 동력 전달 부품으로 로봇과 3D 프린터, 공작 기계, 자동차, 군용이나 방위 장비, 항공기 제어 같은 여러 애플리케이션을 위한 어셈블리에서 찾을 수 있다.

이 어셈블리의 올바른 설계와 작동의 핵심은 위치와 정렬 유지를 위해 구성 요소를 회전축에 고정하는 방법이다. 제조와 운영 기능을 최적화하려면 설계 단계에서 자주 간과되는 것을 포함, 많은 기준을 고려해야 한다.

지지력

작동 중에 부품이 미끄러지거나 움직이지 않도록 유지력을 이해해야 한다. 설계자는 유지력에 필요한 작동 토크와 유지력을 결정해야 한다.

정렬이나 위상 조정

축 방향 배치와 각도 정렬(위상 조정)에서 높은 제어와 정확도가 필요한 어셈블리는 사용할 고정 장치를 지정할 수 있다. 위상 조정이 필요한 경우 샤프트에 구성 요소의 방향을 고정시키는 기계 키 등은 피해야 한다.

비용

비용은 항상 고려되는 부분이다. 설계 엔지니어는 제조, 구매, 조립, 유지보수 비용을 고려하여 가장 적합한 허브 고정 장치를 지정해야 한다. 초기에는 비용이 적어 보일 수 있지만, 제품 사용 기간 동안이나 대량생산 과정 에서 추가될 수 있다.

비용 증가에 기여하는 가공 변수는 샤프트의 키 홈, 드릴이나 탭 구멍, 플랫이나 숄더와 같은 샤프트 공차와 특징들이다. 클램프나 키, 핀 같은 추가 부품을 구입하면 전체 설계 비용이 증가한다.

또, 조립과 유지 보수 비용도 고려해야 한다. 간단한 유지 보수는 간과해도 되지만, 그것이 정기적이거나 빈번하다면 중요하다. 고정 나사와 같은 허브 장금 장치는 샤프트를 손상시킬 수 있으며, 제거나 교체 시 수리가 필요할 수 있다. 부품을 샤프트에 고정하면 제거할 때 여러 부품을 함께 교체할 수도 있다.

 

표준 vs 사용자 정의 제품

많은 설계자는 맞춤 디자인보다 표준 제품을 더 선호한다. 일회성이나 매우 소량 생산 설계에 대해서는 이것이 사실일 수 있지만 모든 상황에 해당하는 것은 아니다. 모든 설계 변수를 고려하면 맞춤 해결책이 최적이다.

허브 고정 장치의 대안

엔지니어는 설계에 적합한 부품을 정할 때, 고정 나사나 열쇠, 클램프, 핀과 같은 여러 고정 장치를 선택할 수 있다.고정 나사는 샤프트 반경이나 밀링 플랫에 샤프트에 구성 요소를 고정하는 가장 오래되고 일반적인 방법 중 하나다. 고정 나사를 너무 조이면 샤프트가 마모될 수 있다. 평면 가공은 제조 원가에 추가되며 부품의 위상 조정을 허용하지 않는다.

구성 요소를 고정하고 미끄러짐을 방지하기 위해 핀을 추가할 수 있다. 기계 키를 쓰는 어셈블리는 미끄러지지 않고 상대적으로 높은 토크를 견디며 제조와 조립이 쉽지만 위상 조정이 필요 없고, 추가 제조 비용과 백래시가 추가될 수 있다.

외부 클램프는 일반적인 고정 장치다. 클램프는 축을 손상하지 않으며 축 방향과 반경 방향 모두에서 구성 요소를 쉽게 조정한다. 그러나 구성 요소를 완전히 지원하지 않으며 고정할 수 없다.

핀은 구성 부붐을 단단히 고정하지만, 일단 고정되면 조정할 수 없고 샤프트를 영구적으로 변경시킨다.

Fairloc - 회전 부품 고정 방법

Stock Drive Products/Sterling Instrument(SDP/SI)의 Fairloc^?은 40년 이상 엔지니어의 신뢰를 받았다. 구성 요소의 허브에 내장된 고정 시스템으로 소형에서 중형(최대 직경 2인치)의 기어, 풀리, 커플링, 샤프트 어댑터, 기타 제품에 통합할 수 있다.

Fairloc은 허브에 가공된 두 개의 슬롯을 쓴다. 하나는 반경 방향이고 다른 하나는 각을 이룬다. 다른 비슷한 디자인과 달리 허브는 하나의 조각으로 유지된다. 슬롯은 한쪽 허브의 견고한 부분에 부착돼 가로 쐐기를 만든다.

결과적으로 캔틸레버형 클램핑(cantilevered clamping) 섹션은 허브의 솔리드 부분의 틈새를 통과하여 횡방향 웨지 섹션의 나사 구멍으로 들어가는 캡 나사를 수용하는 탭 구멍이 있다. 캡 나사를 돌리면 캔틸레버식 쐐기 부분이 샤프트에 단단히 고정된다. 스크루는 샤프트를 손상하거나 토크 전달 능력에 영향을 주지 않고 반복해서 조이고 풀 수 있다.

 Fairloc은 다른 고정 방법과 관련된 많은 문제를 없앤다. 이것은 완전히 독립적이며, 고유한 디자인으로 허브가 샤프트의 구성 요소를 정확하고 완벽히 지원하므로 허브를 고정한 다음에 움직임과 정렬 불량을 줄일 수 있다. Fairloc은 샤프트를 중심에 두고 부품을 완벽히 정렬한다.

홀딩 힘

실험실 테스트 결과 Fairloc은 400lbf/in의 높은 토크 응용 분야에서 우수한 것으로 입증됐다(내경이 5/8인치 인 허브용).

아래 차트는 스테인리스강 샤프트에 장착된 스테인리스강 기어의 슬립 토크 값을 보여준다. 모든 기어와 샤프트는 303 스테인리스강으로 만든다. 기어 내경은 공칭 값의 ±0.0003in 이내였다. 샤프트의 최대 표면 조도는 16μin이다. 공칭 직경은 -0.0002in 이내였다.

그림 1은 여러 가지 구멍 크기와 클램프 나사 조임 토크에 대해 구성 요소가 미끄러지기 시작하는 토크를 보여주며, 그림 2는 클램핑 스크루 조임 토크의 다른 값에 대한 슬립 토크를 비교한다.

그림 3은 여러 가지 내경 크기와 클램프 나사 고정 토크에서 구성 요소가 미끄러지기 시작하는 토크를 보여주며, 그림 4는 클램핑 스크루 조임 토크의 다른 값에 대한 슬립 토크를 비교한다.

 

정렬이나 위상 조정

Fairloc은 샤프트를 수정할 필요 없이 위상과 축 조정을 무한히 쉽게 조정할 수 있다. 이 구성 요소는 샤프트와 완벽한 정렬을 유지한다. Fairloc 설계로 허브를 고정하는 작업을 손쉽게 한다.
 

비용

Fairloc 허브가 있는 구성 요소의 구매 비용은 경쟁 제품과 비슷하지만 조립과 유지보수 비용은 상당히 낮을 수 있다. 밀링할 키 홈이나 평면도 없고 드릴링하거나 탭 할 구멍이 없으며 구매할 여분의 부품이 없다. 또 위상 조정이 쉽다. Fairloc 디자인은 샤프트 손상 방지를 보장하여 수리 비용을 줄여준다.

통합 잠금 장치가 있는 다른 자동 잠금 허브가 있지만 Fairloc 디자인의 모든 이점을 제공하는 것은 아니다. Fairloc은 대체 설계와 관련된 문제점을 해결하고 모든 설계 기준 상자를 점검한다.
 

표준 vs 맞춤형 제품

SDP/SI는 Fairloc 외에도 여러 가지 허브 고정 장치를 써서 표준 인치나 미터식 구성 요소를 제조한다. Fairloc 철 허브가 있는 플라스틱 제품도 기성품으로 구입할 수 있다. Fairloc 허브가 있는 표준 구성 요소는 다음과 같다.

- 기어

• 스테인레스강 기어 : 48, 32, 24DP(모듈 0.5, 0.8, 1)

• 플라스틱 기어 : 72, 64, 48, 32, 24DP(모듈 0.5, 0.8, 1)

• 미니 래쉬 기어(Mini-lash gears)

• 미터나 베벨 기어

• 안티 백래시 기어
 

- 커플링

• 미니 벨로우즈 커플링

• 벨로우즈 커플링

• Neo-Flex^? 커플링

• 고정식 커플링
 

- 타이밍 풀리

• 알루미늄 풀리 : MXL, HTD, GT^?2 / GT^?3

• 알루미늄 인서트가 있는 플라스틱 풀리 : XL, HTD
 

- 샤프트 리듀서와 익스텐더

- 샤프트 고리

- 정밀 기어와 다이얼 허브

표준 제품을 쓸 수 없는 경우 SDP/SI는 부가가치 애플리케이션, 설계, 제조 서비스를 제공한다. 응용 엔지니어는 복잡한 설계 문제를 간단하게 해결할 최상의 해결책을 찾도록 지원하며 고객의 요구 사항을 충족하는 비용 효율적인 맞춤형 제품을 제공하려 한다. 표준 제품을 중심으로 설계함으로써 디자인의 완전함을 해치지 않는다. 기성품이 적합하지 않은 경우 SDP/SI가 도움을 준다.

예를 들어, 공통적인 맞춤 요구 사항은 비표준 내경 크기에 대한 것이다. Fairloc 허브의 경우 허브 잠금 특성을 손상할 수 있으므로 최종 사용자가 내경을 수정하지 않는 것이 좋다. SDP/SI는 해결책을 맞춤식으로 설계하고 필요한 정확한 내경 크기를 제공한다. Fairloc 디자인의 많은 이점 때문에 카탈로그 제품의 디자인을 적용하는 것보다 맞춤형 해결책을 쓰는 것이 더 비용 효율적이다.

통합 허브가 있는 구성 요소 외에도 SDP/SI는 기존 제품에 적용할 수 있는 Fairloc 허브나 슬리브 제품군을 제조해 Fairloc이 제공해야 하는 모든 장점을 갖춘 전문 또는 특허 제품을 공급한다.

맞춤형 사례 연구

의료용 펌프와 드라이브 소형화는 의료 기기의 변화를 주도하고 있다. 고객의 요구에 부응해서 SDP/SI는 더 작은 Fariloc 풀리를 무사히 개발했다. 벨트 드라이브의 효율과 무결성은 관련된 풀리의 품질에 밀접한 영향을 미친다. 소형 Fairloc 풀리와 벨트 구동 시스템은 여러 해 동안 중단 없는 서비스를 제공할 것이다.
 

항공 우주

위성을 위한 작동/위치 시스템을 설계할 때 배치 시 정확성을 걱정한다. 기어 어셈블리는 Fairloc 허브 기어를 써서 제작돼 정밀한 정렬과 위치 설정을 보장한다. 이 프로젝트는 큰 성공을 거뒀으며 여러 해 지속돼 새로운 비즈니스가 이뤄졌고 늘 Fairloc 디자인을 지정했다.
 

애플리케이션

Fairloc 커플링은 모든 산업에 적합하다. 일반적인 응용 분야로는 군용이나 항공 우주 장비 열차, 항공기 계측과 제어, 공작 기계, 의료 장비, 비즈니스 기계, 군사용 화재 제어 시스템, 광학 장비와 동력 전달 장치가 있다.

Fairloc 허브는 오늘날 급성장하는 시장 분야인 3D 프린터와 로봇에도 쓰인다. 로봇과 인쇄 장비는 정확하고 반복할 수 있는 모션 제어를 제공하기 위해 많은 기어와 풀리, 커플링을 쓴다. 이러한 애플리케이션은 Fairloc 허브가 있는 구성 요소에 이상적이다.
 

결론

동력 전달 구성품을 지정할 때 설계 엔지니어는 작동 사양을 살펴야 한다. 또한 유지력, 클램핑 후 위치 결정 정확도, 정렬과 위상 조정 혹은 구매, 가공과 유지보수 비용과 같은 요소도 고려해야 한다. 최상의 허브 고정 방법 을 선택하는 것은 이러한 모든 기준에 영향을 주는 중요한 측면이다. SDP/SI의 Fairloc 허브 고정은 이러한 품목을 처리하며 핀, 키, 그 밖에 다른 방법보다 나은 선택이다.

자료 제공: SDP/SI(www.sdp-si.com)