Mechanical Design I

(1)

Bong-Kee Lee

School of Mechanical Systems Engineering Chonnam National University

Mechanical Design I

11. Coupling & Clutch (Chap. 11.2)

Clutch

 클러치(clutch)

– 운젂 중 필요에 따라 축 이음을 차단 – 클러치의 종류

클러치 마찰(friction) 클러치 맞물림(claw) 클러치

기타

삼각형 사각형 사다리형 나선형(spiral)

원판

원추 다판식

단판식

(2)

School of Mechanical Systems Engineering

Mechanical Design I

 맞물림(claw) 클러치 – 클로(claw)

• 원동축(구동축)과 종동축(피동축)의 끝을 물림 구조

• (Table 11-6) 삼각형, 사각형, 사다리형, 나선형(스파이 럴), 등

Clutch

 맞물림(claw) 클러치 – 사각형 클로(claw)

• 클로의 옆 단면의 중앙에 작용하는 집중 하중, Q

• 단면에 작용하는 압력, q

     

 

 ^D ^D  ^D ^T ^D  ^hZ  ^D ^T ^D  ^hZ

h D D Z D

T A q Q D h A D

Z D Q T

D QZ D QZ

Z D Q R F r T

m m

m

2 1 2 2 1

2 2 1

1 2 1

2

2 1

8 8

2 1 2 / 2

1 2 /

2 2

2 /

 



 

 

 

 



 



 



 



  





 











(3)

Mechanical Design I

 맞물림(claw) 클러치 – 사각형 클로(claw)

• 클로 뿌리부에 작용하는 젂단 응력, τ

_f

 

  

1²



2 2 2 1

2 1 2 2

32

4 / 2 1 2 /

2 4 / 1

2 /

1 2 /

D D D D

T

D D

Z Z

D T

Z D A D

ZA D

T

Z D Q T A Q

m f



 

 



 



 



 















 



Clutch

 마찰(friction) 클러치 – 원판 클러치

• 1개(단판형) 또는 여러 개(다판형)의 마찰원판을 설치

• 마찰원판의 마찰력으로 축의 토크를 젂달

• 회젂 중심부에서의 접촉 발생

– 회젂 중심의 변화가 없을 경우: 마찰면적 및 마찰력이 작아 토 크 젂달 저하

– (진동 등에 의하여) 회젂 중심의 변화가 있을 경우: 마찰력의

방향 젂환 → 불안정한 클러치 작동

(4)

Mechanical Design I

 마찰(friction) 클러치 – 원판 클러치

• 단판형 원판 클러치

– 원판의 마찰에 의한 마모 발생: 균일한 마모를 가정

Q

 

   

 

   

D Q T

R QR Q R R R R

R Q

R C R rdr C r p rdr T

R R C Q C pr

R R C dr C Cdr p

rdr Q

m

m R

R R

R

R R

R



 









2

2 2

2 2 2

2 2

1 2 2

1 2 2 1 2

2 1 2 2 1

2

1 2

2

1 2

1

2

1 2

1





 





 





 







 















Clutch

 마찰(friction) 클러치 – 원판 클러치

• 단판형 원판 클러치

– 원판 사이의 압력이 일정한 경우

 

  D Q

QR T R R R

R R

R Q R R R R R

Q

R p R dr r p r p rdr T

R R p pA A Q

p Q

m m R

R R

R



 









7 2 . 0

~ 6 . 0

3 2 2 3

2 3 2

2

1 1 2

2 1 2 2

3 1 3 2 3

1 3 2 2 1 2 2

3 1 3 2 2

2 1 2 2 2

1 2

1











 

 



 



















(5)

Mechanical Design I

 마찰(friction) 클러치 – 원판 클러치

• 다판형 원판 클러치

– 단판형 원판 클러치의 젂달 토크(T) 증가: 마찰계수(μ), 축 방 향으로 미는 힘(Q), 원판의 평균 반지름(R

_m

) 증가

→ 원판의 접촉면 수를 증가: 다판형 원판 클러치

D Q T

Q Q Q Q

m



2

3 2 1











 원판의 수를 증가시킴으로써, 축 방향 으로 밀 수 있는 힘을 증가 → 최대 젂 달 토크 증가

Clutch

 마찰(friction) 클러치 – 원판 클러치

• 다판형 원판 클러치

– (가정) 축 방향으로 미는 힘(Q)에 의한 접촉면에서 발생하는 평균 면압력(q)이 일정

   

bZ D

T D

T bZ q D

D Q bZ T

D q Q

Z b D q D Q

b D D D D

D Z D D q D

Z D D q Z qA Q

m m m

m m

2 1 2 1 2

1 2 1 2 2

1 2 2

2 2

1

2 , 2 2

2 2 4







 



 





















 



 



    

 

 











(6)

Mechanical Design I

 마찰(friction) 클러치 – 원추(cone) 클러치

• 원추 형상의 접촉면

– 동일한 축 방향의 힘이 작용할 경우, 원판 클러치에 비하여 더 큰 마찰력을 발생

 

P Q

Q Q Q

P















cos sin

1 cos sin

cos sin

 











P Q f

P Q

f

' cos ' sin

cos sin

1









 





 







 



Clutch

 마찰(friction) 클러치 – 원추(cone) 클러치

• 접촉면 압력, q

    _ _ 

b D q Q bq D Q

R b R b

R R

R D R

D D

R q R R R R

R rdr q Q q

q

r dr q qdA Q

m m

m

R

R R

R

 

 

 









 









 









 



 

 







 

 



 





sin sin 2

sin sin

sin const 2

2 sin

1 2 1

2

1 2 1 2

1 2 1 2 2 1 2 2 2

1 2

1

qdAdQ

(7)

Mechanical Design I

 마찰(friction) 클러치 – 원추(cone) 클러치

• 회젂 토크, T

qdAdQ

 



/2



' 2 ' 2

2 2 1

2 1 2

2 ' 2

2

m m

m m m m

m m

D P T

b D

T D

T b D b D q Q

D Q T D Q

T

D P D Q

f r T









 





































Mechanical Design I

Bong-Kee Lee

School of Mechanical Systems Engineering Chonnam National University