샤프트의 목적 및 분류
샤프트의 주요 기능: 회전하는 부품을 지지하고, 동작과 동력을 전달합니다.
하중 베어링에 따른 분류:
- 회전축: 작동 중 굽힘 모멘트와 토크를 모두 견뎌냅니다.
- 스핀들: 굽힘 모멘트만 베어링
- 변속기 샤프트: 굽힘 모멘트(또는 매우 작은 굽힘 모멘트)가 아닌 토크만 전달합니다.
축 모양에 따른 분류:
- 크랭크샤프트: 크랭크샤프트 커넥팅로드는 회전 운동과 왕복 운동 간의 상호 변환을 실현할 수 있습니다.
- 직선 샤프트
- 광축: 간단한 모양, 쉬운 가공, 응력 집중원이 거의 없음; 스핀들 및 변속기 샤프트에 일반적으로 사용됨.
- 스텝 샤프트: 샤프트에 부품을 조립하고 배치하기 쉬우며, 일반적으로 회전 샤프트에 사용됩니다.
솔리드 여부에 따른 분류:
- 솔리드 샤프트: 일반
- 중공축: 축의 질량을 줄이고, 특별한 요구 사항을 위해 축에 다른 부품을 설치하고, 특히 중요한 기능이 있는 경우, 내경과 외경 비율은 일반적으로 0.5 ~ 0.6입니다.
- 와이어 플렉시블 샤프트(와이어 플렉시블 샤프트): 유연성이 뛰어나 밀폐된 공간에서도 회전 운동을 유연하게 전달할 수 있습니다.
샤프트 설계의 주요 내용
구조 설계
구조적 형태
치수
작업 용량 계산
강도: 대부분의 경우 샤프트의 강도 계산만 필요합니다.
강성: 강성 요구 사항이 높은 샤프트와 큰 힘을 받는 가느다란 샤프트의 경우 강성 계산을 수행해야 합니다.
진동 안정성: 고속으로 작동하는 샤프트의 경우 진동 안정성 계산을 수행해야 합니다.
샤프트 재질
탄소강, 합금강
가장 일반적으로 사용되는 45 스틸
합금강 사용 시나리오: 큰 동력 전달, 크기와 질량 감소, 저널의 내마모성 향상, 고온 또는 저온 조건에서 작동하는 샤프트.
정상 작동 온도(200°C 미만)에서 다양한 탄소강과 합금강의 탄성 계수는 비슷하므로 강종을 선택하고 강재의 열처리 방법을 결정할 때 샤프트의 굽힘 또는 비틀림 강성이 아닌 강도와 내마모성이 기준이 됩니다.
다양한 열처리(고주파 담금질, 침탄, 질화, 시안화 등)와 표면 강화 처리(샷 피닝, 압연 등)는 샤프트의 피로 강도 향상에 큰 영향을 미칩니다.
샤프트 구조 설계
샤프트 구조 설계: 합리적인 샤프트 모양 + 모든 구조적 치수
샤프트 구조에 영향을 미치는 요인:
1. 기계 내 샤프트의 설치 위치 및 형태
2. 샤프트에 설치된 부품의 종류, 크기, 수량 및 연결 방법
3. 부하의 특성, 크기, 방향 및 분포
4. 샤프트 가공 기술
샤프트 구조 설계 요구 사항:
- 샤프트와 샤프트에 설치된 부품은 정확한 작업 위치를 가져야 합니다.
- 샤프트의 부품은 설치, 분해 및 조정이 쉬워야 합니다.
- 샤프트는 제조 가공성이 우수해야 합니다.
샤프트 주문 시 주의해야 할 사항
변속기 샤프트는 기계식 변속기 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 사실 구매하기 전에 명확히 해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 첫 번째는 샤프트의 직경, 길이, 재질, 표면 처리 등에 대한 요구 사항과 같은 사양입니다. 두 번째는 재질입니다. 일반적으로 사용되는 재료에는 강철, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등이 있습니다. 필요와 사양에 따라 적절한 재료를 선택하세요. 또 다른 하나는 관성 모멘트로, 물체가 원래의 회전 상태를 유지하는 능력을 측정하는 물리량입니다. 구동축을 구매할 때는 관성 모멘트가 필요에 맞는지 고려해야 합니다. 관성 모멘트가 너무 크면 시동이나 변속 시 불안정하고 진동과 소음이 발생할 수 있습니다. 또한 정밀도와 허용 오차도 있습니다. 정밀도와 공차가 너무 크면 진동, 소음, 마모 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 구동축을 구매할 때 정밀도와 공차가 요구 사항을 충족하는지 여부에주의를 기울여야합니다. 마지막으로 가격 문제가 있습니다.
1. 탄소강 35, 45, 50과 같은 고품질 탄소 구조용 강재는 높은 종합적인 기계적 특성으로 인해 널리 사용되고 있으며, 그 중 45강이 가장 널리 사용되고 있습니다. 기계적 특성을 향상시키기 위해서는 정규화 또는 담금질 및 템퍼링 처리를 수행해야 합니다. 중요하지 않거나 응력이 적은 샤프트의 경우 Q235 및 Q275와 같은 탄소 구조용 강재를 사용할 수 있습니다.
2. 합금강은 기계적 특성이 높지만 가격이 비싸고 특별한 요구 사항이 있는 샤프트에 자주 사용됩니다. 예를 들어 슬라이딩 베어링을 사용하는 고속 샤프트의 경우 20Cr 및 20CrMnTi와 같은 저탄소 합금 구조용 강재가 일반적으로 사용됩니다. 침탄 및 담금질 후 샤프트 넥의 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 기계의 로터 샤프트는 고온, 고속 및 고하 중 조건에서 작업 할 때 우수한 고온 기계적 특성을 가져야합니다. 40CrNi 및 38CrMoAlA와 같은 합금 구조강이 자주 사용됩니다. 샤프트의 블랭크는 단조품이 우선적으로 사용되며 그 다음이 강철입니다. 크기가 더 크거나 복잡한 구조의 경우 주강 또는 연성 철을 고려할 수 있습니다. 예를 들어 연성 철을 사용하여 크랭크샤프트와 캠샤프트를 제조하면 비용이 저렴하고 진동 흡수가 우수하며 응력 집중에 대한 민감도가 낮고 강도가 좋다는 장점이 있습니다. 축의 기계적 모델은 빔이며 대부분 회전해야 하므로 응력은 일반적으로 대칭 주기적입니다. 가능한 고장 형태에는 피로 골절, 과부하 골절, 과도한 탄성 변형이 있습니다. 일반적으로 바퀴가 달린 일부 부품은 샤프트에 설치해야 하므로 대부분의 샤프트는 절단량이 큰 계단식 샤프트로 만들어야 합니다.
