Mechanical Design I

(1)

Bong-Kee Lee

School of Mechanical Systems Engineering Chonnam National University

Mechanical Design I

11. Coupling & Clutch (Chap. 11.1)

Note

기계 요소군 기계 요소 기능

결합용 요소 나사

리벳, 용접 임시적 체결

반영구적 체결

축계 요소

축이음(커플링, 클러치)축 키, 핀, 코터베어링

회젂 및 동력젂달 축과 축을 연결 축과 보스(회젂체) 연결축 지지

젂동 요소

직접 젂동 – 마찰차, 기 간접 젂동 – 벨트, 페인, 어, 캠

로프

동력 젂달

운동조정용 요소 제동 요소

완충 요소 속도 조젃

충격 완화

(2)

School of Mechanical Systems Engineering

Mechanical Design I

 축 이음

– 축과 축을 연결하는 기계 요소

• 굽힘, 축 하중을 지지, 주로 회젂력을 젂달

→ 젂달 동력의 크기, 두 축의 상대 위치, 축의 회젂 속 도 등을 고려하여 강도 면에서 충분한 안정성을 가지 도록 설계

• 원동축(구동축): 다른 축을 회젂시키는 축

• 종동축(피동축): 구동축에 연결되어 회젂 토크를 젂달 받는 축

• 커플링(coupling): 회젂 중, 접속과 분리가 불가능

• 클러치(clutch): 필요시 단속이 가능

Coupling

 커플링의 분류

축선이 동일선 상에 있을 경우

축선이 평행할 경우

축선이 교차할 경우

고정 커플링

유연성 커플링

올덤 커플링

유니버설 커플링

원통 커플링

플랜지 커플링

일체형

분할형

슬리브/머프 반겹치기 셀러 마찰원통 분할원통

(3)

Mechanical Design I

 커플링의 분류

– (Chapter 11.1.1~11.1.3)

• 동일 축선-고정-원통-일체형

슬리브(sleeve)/머프(muff) 커플링

셀러(Seller) 커플링

Coupling

 커플링의 분류

– (Chapter 11.1.1~11.1.3)

• 동일 축선-고정-원통-분할형

클립(clip) 커플링

클램프(clamp) 커플링

(4)

Mechanical Design I

 커플링의 분류

– (Chapter 11.1.1~11.1.3)

• 동일 축선-고정-플랜지

플랜지(flange) 커플링

Coupling

 커플링의 분류

– (Chapter 11.1.1~11.1.3)

• 평행 축선 / 교차 축선

올덤(oldham) 커플링

유니버설(universal) 커플링

(5)

Mechanical Design I

 커플링 설계 – 원통형 커플링

• (일체형 또는 분할형)

• 접촉 면압, q

– 커플링 결합력, P

 

Ld q P

qLd qLr d qLr

d qLr dF

P

rd L q dA q dF



















2 sin 2

sin sin

2 /

0

2 /

2 / 2

/

2 /





 rd L

q 



qLrd



sin



 d

Coupling

 커플링 설계 – 원통형 커플링

• (일체형 또는 분할형)

• 회젂 토크, T

– 마찰면에 작용하는 수직력의 총합, Q

 

d P d Q f r T

f Q

N f

P Q

Ld q P L d q A q Q

































2 2

) force, frictional the to due (torque

Q) force, normal the to due force l (frictiona

(6)

Mechanical Design I

 커플링 설계

– 원통형 커플링: 클램프 커플링

• 나사 결합

– 볼트의 체결력(인장력), F

 

 



 

 

 



 

2

4

number) even bolts, of number total : (Z 2

 



_t

F

Z F P

Coupling

 커플링 설계

– 원통형 커플링: 클램프 커플링

• 나사 결합

– 커플링이 젂달할 수 있는 회젂 토크, T

2

P d T

P Q

qdL P







2 4 2

4 2

2

2 2

2

d Z

d F Z F

Z F d P

P T

t

 

 



 



 



 

 

 



 

 



 



 

 

 



 





 





 





(7)

Mechanical Design I

 커플링 설계

– 원통형 커플링: 클램프 커플링

• 나사 결합

– 축의 비틀림 모멘트, T’

– (Ref. Table 11-3)

 

2 2

2 3

3 4

2 4 2 ' 16

' 16 32

2 / ' '















 



 



 

t s

s p

s

Z d

d Z

T d T

T d d d T I

r T









 

 



 



 



 



 

 



Coupling

 커플링 설계 – 플랜지 커플링

• 플랜지 커플링의 토크 젂달 = (볼트의 젂단 저항에 의 한 토크, T

₁

) + (커플링 접촉면의 마찰에 의한 토크, T

₂

)

• 일반적인 경우, T

₁

≫ T

₂

(8)

Mechanical Design I

 커플링 설계 – 플랜지 커플링

• 볼트의 젂단 저항에 의한 토크, T

₁

 

 

 



 

 



 



 





 

 



 

 



 



 







2 4

) (

2 4 2

2 1

2 ,

1

B b

B b B

b b s

b

Z D T

T T T

D Z D Z

A Z R F T

 



Coupling

 커플링 설계 – 플랜지 커플링

• 축이 젂달하는 토크, T’

 

   



/2



¹⁰^[mm]^& ^(even^number) ⁰^.⁰⁷⁵ ^[mm] ²^.⁵

5 . 0

2 5 /

. 0

2 5 /

. 2 0

/ 1 4 1

16 2 ' 4

' 16 2 / '

3 3

2

3 2

3

































d D Z

Z d

D Z

d

D Z

d D

d Z

d Z D

T T

T d I d T

B b

s

B b s B

b s

s B b

s p

s





 



 

 

 

 



(9)

Mechanical Design I

 커플링 설계 – 플랜지 커플링

• 프랜지 뿌리부 설계

– 플랜지 뿌리부의 허용 젂단응력(τ

_f

) 이용

– (Ref. Table 11-3)

   

t D

T

t D D D

A r F T

f f

f f f f f s f f f s

2 , ,

'' 2

2 '' 2

 

















