스플라인의 개요 및 규격(스플라인의 면압 강도 / 스플라인 재질 및 열처리 / 각형 스플라인 너비 및 공차)

안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅에서는 축에 키를 직접 가공한 모양인 스플라인에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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스플라인의 개요

스플라인(spline)이란 축에 직접 여러 줄의 키(key)를 절삭 가공하여, 축과 보스(boss)가 슬립(slip) 운동을 할 수 있도록 제작한 것으로 주용도로는 큰 동력 전달용, 종류로는 키홈의 모양에 따라 각형 스플라인과 인벌류트 스플라인(involute spline)으로 구분합니다. 스플라인의 줄수는 6, 8, 10이 보통이며 스플라인은 보통형 평행키에 비하여 큰 동력(토크)을 전달할 수가 있으며, 스플라인 축은 키홈의 역할뿐만 아니라 축의 역할도 합니다. 각형 스플라인의 호칭은 [스플라인의 홈수N x 작은지름d x 큰지름D]의 형태로 표기합니다. 아래 표 원통형 축의 각형 스플라인 호칭치수에서 예를 들어 각형 스플라인의 호칭이 축 또는 허브의 경우, 6x23x26이라면 스플라인 홈수 N이 6개, 작은지름d가 23mm, 큰지름D가 26mm입니다. 제작 시 SPLINE GENERATOR로 전용 HOB를 제작 사용하여 가공 시 높은 정밀도와 일반 KEY의 역할을 보완하여 중하중이나 고하중이 걸리는 경우에 사용하며, 정확한 슬라이드와 고정밀도를 유지할 수 있습니다. 스플라인의 끼워맞춤은 작업 방법에 따라 고정을 하는 경우와 유동이 있는 경우, 두 가지 방법이 있으며, 큰 지름방향으로 아주 헐거운 끼워맞춤을 하며, 폭과 안지름부분에서 끼워맞춤의 공차를 다르게 하여 틈새를 조정하여 미끄럼형, 근접 미끄럼형, 고정형으로 구분합니다.

큰 토크를 전달하는 경우에 2개 이상의 키를 사용하여 축의 상하방향에 키홈 가공을 하여 사용하는 것은 기계 가공상 바람직하지 않으며 또한 상하 키홈에 의해 축의 단면적이 감소되어 축의 강도를 현저하게 저하시키는 요인이 됩니다. 이러한 경우 활동형 키(미끄럼키)를 추가 일체로 하여 축에 여러 개의 키홈 가공을 하여 동일 간격으로 배치한 스플라인 축을 사용합니다. 스플라인 축에 끼워지는 상대측 보스를 스플라인이라고 부릅니다. 스플라인은 축 방향으로의 이동이 가능하고, 토크를 여러 개의 키로 분담시키기 때문에 큰 토크를 전달하는 것이 가능하며 내구성이 우수합니다.

스플라인의 종류로는 각형 스플라인, 인벌류트 스플라인, 세레이션의 3종류가 있습니다.

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스플라인의 면압 강도

스플라인의 면압강도는 키의 면압 강도와 동일합니다. 면압 강도에 대한 스플라인의 허용전달력 F(kgf)는 아래 식에 의해 계산합니다.

F = ηZHLσ

여기서,

η : 치면의 접촉효율(0.3~0.9)

Z : 잇수

H : 이의 접촉높이(이뿌리방향)mm

L : 스플라인의 접촉길이 mm

σ : 스플라인의 허용면압력 kgf/㎟

고정인 경우 : 7~125 kgf/㎟

무부하 상태에서 유동인 경우 : 4.5~9 kgf/㎟

부하 상태에서 유동인 경우 : 3이하 kgf/㎟

면압강도에 대한 스플라인의 허용전달 토크 T(kgf-m)는.

T = Fde/2000

여기서,

de : 스플라인의 유효 지름 mm

스플라인 축은 이 면압 강도 이외에 굽힘 강도나 비틀림 강도, 특히 축의 횜등도 검토할 필요가 있습니다.

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원통형 축의 각형 스플라인 호칭치수[KS B 2006 : 2003(IDT ISO 14 : 1962)]

d mm	경하중용				중간하중용
	호칭 NxdXD	홈수 N	D mm	B mm	호칭 NxdXD	홈수 N	D mm	B mm
11	-	-	-	-	6x11x14	6	14	3
13	-	-	-	-	6x13x16	6	16	3.5
16	-	-	-	-	6x16x20	6	20	4
18	-	-	-	-	6x18x22	6	22	5
21	-	-	-	-	6x21x25	6	25	5
23	6x23x26	6	26	6	6x23x28	6	28	6
26	6x26x30	6	30	6	6x26x32	6	32	6
28	6x28x32	6	32	7	6x28x34	6	34	7
32	8x32x36	8	36	6	8x32x38	8	38	6
36	8x36x40	8	40	7	8x36x42	8	42	7

d mm	경하중용				중간하중용
	호칭 NxdXD	홈수 N	D mm	B mm	호칭 NxdXD	홈수 N	D mm	B mm
42	8x42x46	8	46	8	8x42x48	8	48	8
46	8x46x50	8	50	9	8x46x54	8	54	9
52	8x52x58	8	58	10	8x52x60	8	60	10
56	8x56x62	8	62	10	8x56x65	8	65	10
62	8x62x68	8	68	12	8x62x72	8	72	12
72	10x72x78	10	78	12	10x72x82	10	82	12
82	10x82x88	10	88	12	10x82x92	10	92	12
92	10x92x98	10	98	14	10x92x102	10	102	14
102	10x102x108	10	108	16	10x102x112	10	112	16
112	10x112x120	10	120	18	10x112x125	10	125	18

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구멍 및 축의 치수공차(KS B 2006 : 2003)

구멍공차						축공차			고정 형태
브로칭 후 열처리하지 않은 것			브로칭 후 열처리한 것
B	D	d	B	D	d	B	D	d
H9	H10	H7	H11	H10	H7	d10	a11	f7	미끄럼형
						f9	a11	g7	근접 미끄럼형
						h10	a11	h7	고정형

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각형 스플라인의 너비의 대칭 치수공차(KS B 2006 : 2003)

단위 : mm

스플라인 나비 B	3	3, 4, 5, 6	7, 8, 9, 10	12, 14, 16, 18
대칭에서 공차 t	0.010 (IT7)	0.012 (IT7)	0.015 (IT7)	0.018 (IT7)

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스플라인 재질 및 열처리

요구 재질과 열처리	소재의 열처리	소재 경도, HB	비 고
SM43C 담금질, 뜨임	담금질, 뜨임 (뜨임온도 630~680℃)	170~200	강도가 그다지 필요없는 축
SM43C 고주파 열처리, 뜨임	담금질, 뜨임 (뜨임온도 603~680℃)	170~200	고강도가 필요한 축
표면 경화재 침탄 열처리, 뜨임	불림	170~200	-
일반 구조용 압연강재	-	180이하	-

※ 위 표 이외의 재질을 사용하는 경우의 열처리에 관해서는 별도로 제조사와 협의하시기 바랍니다.

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스플라인의 규격 및 개요에 대해 알아보았습니다. 제도, 설계 시 유용하게 이용하시기 바라며 키와 관련된 포스팅은 이번 포스티으로 마무리 하고 다음 포스팅부터는 멈춤링(스냅링)에 대해 알아보도록 하겠습니다. 하루하루 행복하세요.