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축(shaft)에 대한 설계자의 사고전환 | ||
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축(shaft)에 대한 설계자의 사고전환 축(shaft)은 1. 동력전달계에 대해서 주축, 선축, 중간축으로 분류되고 2. 동력전달방식에서 스핀들, 차축, 회전축으로 분류되고 3. 가공 단면의 형태에 따라 중공축, 중실축으로 분류된다 고대부터 축은 간단히 회전차에 말뚝을 박아 수레의 회전축에서 부터 맷돌의 손잡이와 같이 자체는 정지된 채로 손잡이의 둘레를 회전하게 하는 짧은 스핀들 초기후기 공학자이신 정약용선생의 거중기에서 사용된 차축과 같이 아주 오래전 인류의 슬기를 통해 오늘날로 발전되어 왔다. 그러고 보면 축은 모든 응용기술이 총망라된 산업계부터 우리들의 일상생활의 사소한 부분까지 사용안되는 곳이 없을 정도이다. 축에 발생되는 내력이라 함은 먼저 축단면에 작용하는 방향에 따라 축단면에 직각으로 발생되 수 있는 전단력 축단면에 축방향으로 발생되는 인장력 축단면의 회전방향으로 발생되는 비틀림력 그리고 단축보다는 장축의 경우 축단면에 진행방향 전체에 걸쳐 발생되는 굽힘력등이 존재하게 된다. 설계자가 축을 설계하는 일반적인 순서는 1. 동력전달방법에 대한 구상설계단계를 거쳐 2. 외력에 대한 하중조건을 염두하여 대략적인 dimension 을 완성시키고 3. 세부 단면의 형상설계를 외력에 대응되는 내력조건을 파악하고 단면계수, 관성모멘트, 극단면계수등을 정의하여 세부 실시설계를 해야 한다. 4. 실시설계단계에서는 축의 회전 시 가정할 수 있는 모든 강성, 강도조건을 파악하여 재료선정, 공차, 표면처리방법등에 대한 논리적 기술을 하고 5. 논리적 기술을 근거로 설계계산서를 정리하여 이를 shop dwaring(AUTO CAD)하는 것이 정상적인 패턴이다. 6. 경우에 따라서는 2D, 3D 한 도면을 근거로 S/W(ANSYS, 3G, etc..,) 에 의한 정,동역학해석을 함께 수행하는 것도 좋은 방법이다. 7. 단계4와 단계6의 결과를 비교하여 신뢰도가 높음을 확인함으로써 검산단계까지 구현을 해보는 것은 더욱 좋은 방법이라 하겠다. 특히 단계 3에서는 축단면에 따른 형상계수(응력집중계수)를 우선적으로 구해야 하며 형상계수의 결과는 항상 1보다 커야 하는 것이고 단면의 응력산정 시 형상계수를 감안하여 허용응력보다 낮춰서 전체적인 단면을 결정해야 한다. * 형상계수 = 공칭응력 / 최대응력 > 1 축단면중 특별히 묻힘키나 접선키, 또는 스프라인, 구배키등을 사용하게 되면 전체 공칭단면에서 가공 notch만큼 단면결손이 생기게 되는데 이처럼 단면이 급작하게 변하는 부분에서는 항상 응력집중이 발생되고 응력집중의 원인은 notch 외에도 표면가공처리니 상태, 원자제의 보관상태 , 재료의 pitting, 재료의 사용장소등에 따라 국부적으로 발생되며 응력집중의 경중에 따라 파단의 위험도 따르데 된다. 또 여러 방면에서 외력을 받아 미소한 소손이 발생될 가능성이 짙을 때는 응력확대계수도 고려를 해야 한다. 이 밖에도 축은 일반적으로 양단에 베어링(일반, 정압, 유체)을 지지하여 사용하는데 베어링과 어우러져 사용될 경우 1. 굽힙력에 대한 한계위험속도의 고려 2. 베어링의 선정에서 올 수 있는 oil whip 도 고려해야 하는 등 축하나만 가지고도 우리가 고민해야 할 일들은 참으로 많은 것이다. 
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| Toal 65 |
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