커플링 가이드: 정의, 유형, 기능 및 용도

 

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커플링이란?

커플 링은 동력을 전달하기 위해 두 개의 샤프트를 끝에서 함께 연결하는 데 사용되는 장치이며 주요 목적은 어느 정도의 오정렬이나 끝 이동 또는 둘 다를 허용하면서 두 개의 회전 장비를 결합하는 것입니다.
보다 일반적인 맥락에서 커플 링은 인접한 부품이나 물체의 끝을 연결하는 역할을하는 기계적 장치일 수도 있습니다. 일반적으로 작동 중 샤프트의 분리를 허용하지 않지만 일부 토크 제한을 초과하면 미끄러지거나 분리될 수 있는 토크 제한 커플링이 있습니다.
커플 링의 주요 목적은 어느 정도의 오정렬이나 끝 이동 또는 둘 다를 허용하면서 두 개의 회전 장비를 결합하고 커플 링의 선택, 설치 및 유지 보수는 유지 보수 시간과 유지 보수 비용을 줄일 수 있습니다.

 

 

샤프트 커플링이란?

샤프트 커플링은 동력을 전달하기 위해 모터 등의 구동축과 종동축을 연결하는 기계 부품입니다. 샤프트 커플링은 기계적 유연성을 제공하여 샤프트 오정렬에 대한 허용 오차를 제공하며 전자를 커플링이라고 하고 후자를 샤프트 커플링이라고 합니다.
결과적으로, 이러한 커플링 유연성은 베어링의 불균일한 마모, 장비 진동 및 오정렬로 인한 기타 기계적 문제를 줄일 수 있습니다.
유연한 샤프트 커플링은 드라이브 구성 요소 간의 평행, 각도 및 축 정렬 불량을 보정하면서 토크를 전달하여 이러한 문제를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 올바르게 설치된 경우 유연한 샤프트 커플링은 진동을 줄이고 소음을 최소화하며 구동축 구성 요소를 보호할 수도 있습니다.
샤프트 커플링은 모터 및 펌프, 압축기 및 발전기와 같은 두 개의 회전 샤프트 사이의 동력 및 토크 전달에 사용되고 주로 FA(공장 자동화)용 소형 타입과 풍력 및 유압 동력 기계와 같은 대형 동력 전달에 사용되는 대형 주조 타입이 있습니다.

 

 

 

샤프트 커플링의 유형

(좌)Sleeve Or Muff Coupling / (가운데)Clamp or Split-Muff Coupling / (오)Flange Coupling

1. Beam Coupling

헬리컬 커플링이라고도 하는 빔 커플링은 두 샤프트 사이에 토크를 전달하는 동시에 다른 샤프트에 대한 한 샤프트의 각도 오정렬, 평행 오프셋 및 축 방향 움직임을 허용하는 유연한 커플링입니다.

빔 커플링은 길이를 따라 나선형 패턴으로 재료를 제거하여 유연하게 만든 단일 재료 조각으로 구성됩니다.

모든 커플링과 마찬가지로 빔 커플링의 목적은 두 샤프트 사이에 토크를 전달하는 것이지만 리지드 커플링과 달리 빔 커플링은 다른 샤프트에 대한 한 샤프트의 각도 오정렬, 평행 오프셋 및 축방향 운동을 수용할 수 있습니다.

빔 커플링은 일체형 구조가 여러 부품으로 구성된 커플링에서 일반적으로 발생하는 백래시를 방지한다는 점에서 다른 커플링 유형과도 다릅니다.

빔 커플링은 티타늄과 아세탈을 포함한 다양한 재료에서 찾을 수 있으며 스테인리스강과 알루미늄이 가장 일반적입니다. 알루미늄 빔 커플링의 가벼운 무게는 높은 수준의 응답성이 필요한 애플리케이션에 적합하다는 것을 의미합니다.

반면에 스테인리스 스틸은 더 큰 강도와 비틀림 강성을 제공하지만 더 큰 질량을 가지므로 동일한 수준의 응답성을 갖지 않습니다.

 

2. Sleeve Or Muff Coupling

슬리브 커플링은 커플링의 기본 유형입니다. 이것은 샤프트 크기에 따라 필요한 공차로 보어가 마감된 파이프로 구성되고 사용에 따라 키를 통해 토크를 전달하기 위해 구멍에 키 홈이 만들어집니다. 커플링을 제자리에 고정하기 위해 2개의 나사 구멍이 제공됩니다.

슬리브 커플링은 박스 커플링이라고도 합니다. 이 경우 샤프트 끝단은 함께 결합되고 머프 또는 슬리브로 둘러싸인 서로 맞닿아 있습니다. 깁 헤드 싱크 키는 두 개의 샤프트와 슬리브를 함께 고정합니다.

슬리브 커플링은 가장 단순한 형태의 샤프트 커플링으로 중간 토크로 빛을 전달할 때 사용됩니다. 슬리브(sleeve) 또는 머프(muff)라고 하는 두껍고 속이 빈 원통형 튜브로 구성되며 내경이 샤프트와 동일합니다. 슬리브는 샤프트 전체에 토크를 전달합니다.

 

3. Split Muff Coupling

분할 머프 커플링은 압축 커플링 또는 클램프 커플링이라고도 합니다. 리지드 타입의 커플링입니다. 이 커플 링에서 슬리브는 두 개의 반쪽으로 만들어집니다. 머프의 절반은 주철로 만들어집니다. 슬리브의 두 반쪽은 연강 스터드 또는 볼트 및 너트를 사용하여 함께 고정됩니다.

분할 머프 커플링은 압축 커플링 또는 클램프 커플링이라고도 합니다. 리지드 타입의 커플링입니다. 이 커플 링에서 슬리브는 두 개의 반쪽으로 만들어집니다.

머프의 절반은 주철로 만들어집니다. 머프의 절반은 아래에서 고정되고 나머지 절반은 위에서 배치됩니다. 슬리브의 두 반쪽은 연강 스터드 또는 볼트 및 너트를 사용하여 함께 고정됩니다.

볼트의 수는 4개 또는 8개일 수 있습니다. 이 수량은 항상 4의 배수이며 볼트는 슬리브 반쪽에 형성된 홈에 배치됩니다.

이 커플링의 장점은 커플링의 조립 또는 분해를 위해 샤프트의 위치를 ​​변경할 필요가 없으며 중부하 및 중간 속도에 사용할 수 있습니다.

 

4. Flange Coupling

Flange Coupling은 회전축 사이의 구동용 커플 링으로, 그 중 하나는 각 샤프트의 끝에 고정되고 두 개의 Flange는 볼트 링과 함께 볼트로 결합되어 구동을 완성합니다.

두 개의 튜브 끝단을 같은 높이로 밀봉된 방식으로 연결하기 위한 것이며 이 2피스 커플링 유닛은 플랜지가 있는 끝단을 고정하기 위한 키가 있는 수용면으로 구성되어 있으므로 플랜지 끝이 있는 반대쪽 튜브 끝과 결합될 수 있습니다.

각 플랜지에는 수 또는 암 커플러 개구부가 있어 두 끝을 함께 모을 때 통과하는 재료에 저항이나 끌림을 일으키지 않고 정렬됩니다. 이 수 또는 암 커플링 방법은 또한 플랜지 커플링을 제자리에 견고하게 유지하면서 이동에 강한 안정적인 연결을 생성합니다.

일반적으로 두 개의 파이프 또는 튜빙 끝이 함께 연결되어야 하는 가압 배관 시스템에 사용됩니다. 플랜지 커플링의 연결 방법은 일반적으로 재료의 압력이나 많은 산업용 배관 시스템을 통과하는 재료의 때때로 위험한 특성 때문에 매우 강력합니다.

플랜지 커플링을 제자리에 고정하기 위해 나사산이 많은 너트와 볼트 연결이 사용됩니다. 이 너트와 볼트는 일반적으로 강화된 강철 또는 합금으로 만들어지며 지속적인 강도와 배관 시스템이 플랜지 접합부에서 누출되지 않도록 최대한 조일 수 있는 능력을 제공합니다. 대부분의 플랜지 커플링은 4개, 6개 또는 최대 12개의 볼트 어셈블리를 사용합니다.

 

5. Disc Coupling

디스크 커플링은 정의에 따라 공통 볼트 원에서 접선 방향으로 구동 볼트 또는 샤프트에 토크를 전달합니다. 토크는 팩에 조립된 일련의 얇은 스테인리스 스틸 디스크를 통해 볼트 사이에 전달됩니다. 오정렬은 볼트 사이의 재료를 변형하여 수행됩니다.

디스크 커플링은 샤프트 오정렬을 수용하면서 토크 전달 요소(두 개의 샤프트를 함께 연결하여)로 설계된 고성능 모션 제어 커플링입니다. 높은 토크 부하에서 비틀림에 강한 상태를 유지하면서 유연하게 설계되었습니다. 일반적으로 디스크 커플링은 최대 10,000r/min의 속도를 처리할 수 있습니다.

 

디스크 커플링에는 두 가지 스타일이 있습니다.

▷ 단일 디스크 스타일 커플링은 두 개의 허브(커플링의 끝은 일반적으로 알루미늄으로 만들어지지만 스테인리스 스틸도 사용됨)와 단일의 평평한 스테인리스 스틸 디스크 스프링으로 구성됩니다.
▷ 더블 디스크 스타일 커플링도 2개의 허브로 구성되지만 2개의 디스크 스프링을 끼우는 추가 센터 스페이서가 있습니다. 중앙 스페이서는 허브와 동일한 재료로 만들 수 있지만 때로는 절연 아세탈로 제공되어 커플링을 전기적으로 절연시킵니다.

 

비틀림이 강하고 여전히 유연한 디스크 커플링은 고속 애플리케이션을 위한 훌륭한 솔루션입니다. 단점은 일반 커플 링보다 더 섬세하고 잘못 사용하면 손상 될 수 있다는 것입니다. 오정렬이 커플링 정격 내에 있는지 확인하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다.

 

6. Bushed Coupling

부시 커플링은 가혹한 작동 조건에서 안정적인 링크 전송이 필요한 응용 분야에서 주로 플렉시블 링크로 사용됩니다. 부시 커플링은 서로 다른 재질로 만들어질 수 있는 두 개의 허브로 구성되며 고무 부시가 부착된 핀이 장착되어 있습니다.

커플링 볼트는 핀으로 알려져 있습니다. 핀 위에 고무 또는 가죽 부시가 사용됩니다. 또한 커플 링의 두 부분 구성에 변형이 있습니다.

커플링의 두 반쪽 면 사이에 5mm의 여유 공간이 남아 있습니다. 그리고 그들 사이에는 단단한 연결이 없으며 압축 고무 또는 가죽 부시를 통해 구동됩니다.

 

 

7. Diaphragm Coupling

다이어프램 커플링은 드라이브 플랜지의 외부 직경에 부착된 하나 이상의 금속 멤브레인으로 구성되며 다이어프램을 통해 반경 방향으로 토크를 내부 직경 부착물로 전달합니다. 다른 유형의 금속 멤브레인 커플링은 디스크 커플링입니다.

다이어프램 커플링은 유연한 부재에 대해 단일 또는 일련의 플레이트 또는 다이어프램을 사용합니다. 플랙시블 플레이트의 외경에서 내경으로, 스풀 또는 스페이서 피스를 가로질러 토크를 전달한 다음 내경에서 외경으로 토크를 전달합니다.

▷ 각도, 평행 및 높은 축 정렬 불량 허용
▷ 고속 애플리케이션에 사용되는 높은 토크

 

8. Grid Coupling

디스크 및 기어 커플링과 같은 그리드 커플링은 높은 토크 밀도 애플리케이션을 염두에 두고 설계되었습니다. 일반적으로 2개의 샤프트 허브, 수평 분할 커버 키트 및 구불구불한 그리드로 구성된 그리드 커플링은 충격 하중 적용에 적합합니다.

토크는 그리드 요소를 통해 두 개의 샤프트 허브 사이에 전달되고 충격 흡수 그리드는 충격 부하 애플리케이션을 분산시켜 연결된 장비의 부담을 최소화합니다. 적절한 설치, 유지보수 및 윤활을 통해 작업에 대해 수년간 안정적인 서비스를 제공할 수 있습니다.

그리드 커플링은 여러 주요 커플링 제조업체에서 쉽게 구할 수 있는 교체 가능한 구성 요소가 포함된 다용도의 입증된 기술입니다.

그리드 커플링은 전력 밀도가 높으며(크기에 비해 많은 양의 토크를 전달함) 비교적 간단하고 설치가 간단합니다. 또한 환경 조건에 대한 저항성이 우수하며 인치 및 미터 보어 모두에 사용할 수 있습니다.

 

9. Roller Chain Coupling

롤러 체인 커플 링은 이중 가닥 롤러 체인과 두 개의 수정 된 스프로킷으로 구성된 기계 장치입니다. 디자인은 작은 크기에도 불구하고 단순하고 매우 효과적이며 강력한 체인과 높은 토크를 전달할 수 있도록 특별히 절단된 경화 톱니 스프로킷으로 구성되어 있습니다.

롤러 체인 커플링은 매우 간단하지만 매우 광범위한 응용 분야에 적합한 컴팩트하고 유연한 커플링을 제공합니다. 설계로 인해 토크는 롤러 체인과 스프로킷 톱니 전체에 분산되므로 움직일 때 커플러 전체에 균일한 양의 토크가 분산됩니다.

롤러 체인 커플링의 또 다른 좋은 점은 스프로킷과 체인이 약간의 간극을 생성한다는 것입니다. 즉, 커플링이 작동하기 위해 절대 샤프트 정렬이 필요하지 않지만 가능하면 샤프트를 완전히 정렬하는 것이 좋습니다.

 

10. Gear Coupling

기어 커플링은 동일선상에 있지 않은 두 샤프트 사이에 토크를 전달하도록 설계되었습니다. 그들은 일반적으로 스핀들 또는 세 번째 샤프트로 연결된 각 샤프트에 고정된 두 개의 유연한 조인트로 구성됩니다. 기어 커플링은 구동 모터를 호이스트 메커니즘의 기어박스에 연결하지만 플랜지형 하프를 사용하여 기어박스를 더 작은 와이어 로프 드럼에 직접 연결할 수도 있습니다.

설계 측면에서 기어 커플링은 최소 크기에 가장 높은 토크 전달을 제공하는 슬리브의 직선 기어 톱니와 영구적으로 맞물리는 크라운 기어 톱니가 있는 허브를 통해 토크를 전달합니다. 또한 고속으로 작동하고 AGMA 볼트 체결 패턴을 준수하며 각도, 방사형 및 축방향 샤프트 오정렬을 보정합니다.

 

11. Tyre Couplings

타이어 또는 타이어 커플링은 잘못된 비틀림을 보상하고 변속기 시스템의 다른 구성 요소를 보호하는 유연한 몸체가 있는 비틀림 연성 샤프트 커플링입니다.

타이어 커플링은 매우 유연하고 비틀림 백래시가 없습니다. 비틀림 강성과 감쇠 용량이 낮기 때문에 커플링은 토크 패턴이 매우 균일하지 않은 커플링 기계에 특히 적합합니다.

이 타이어 커플링은 샤프트 정렬 불량이 높은 기계를 연결하는 데에도 적합합니다. 탄성 타이어는 허브 부품 위로 간단히 미끄러질 수 있습니다. 탄성 타이어는 클램핑 링을 끼워 제자리에 단단히 고정됩니다.

연결은 마찰 결합에 의해 토크를 전달합니다. 표준 타이어 커플링 유형은 샤프트 간 연결로 설계되었습니다. 요청에 따라 애플리케이션 관련 유형을 구현할 수 있습니다.

커플링은 -50°C ~ +50°C의 주변 온도에서 천연 고무로 만든 탄성 타이어와 -15°C ~ +70°C에서 클로로프렌 고무로 만든 탄성 타이어와 함께 장착할 수 있습니다. 클로로프렌 고무 타이어는 FRAS, "내화성 및 정전기 방지"라고 표시되어 있습니다.

▷ 충격 하중이나 진동의 전달을 줄입니다.
▷ 높은 오정렬 용량
▷ 움직이는 허브 또는 연결된 장비가 없는 손쉬운 조립
▷ 중간에서 고속 작동
▷ 광범위한 토크 용량

 

12. Jaw Coupling

죠 커플링은 모션 제어(서보) 애플리케이션에서도 사용할 수 있는 범용 동력 전달 커플링 유형입니다. 시스템 진동을 감쇠하고 오정렬을 수용하면서 토크를 전달하도록 설계되어 다른 구성 요소가 손상되지 않도록 보호합니다.

죠 커플링은 2개의 금속 허브와 엘라스토머 인서트(엘리먼트라고 하지만 일반적으로 "거미"라고 함)의 세 부분으로 구성됩니다. 세 부분으로 된 압입은 거미의 돌출부와 교대로 장착된 각 허브의 턱과 함께 맞습니다. 죠 커플링 토크는 압축 시 엘라스토머 로브를 통해 전달됩니다.

▷ 플렉스 요소는 일반적으로 NBR, 폴리우레탄, Hytrel 또는 Bronze로 만들어집니다.
▷ 오정렬 수용
▷ 토크를 전달
▷ 비틀림 감쇠(진동)에 사용
▷ 저토크, 범용 애플리케이션

 

13. Oldham Coupling

Oldham 커플링은 2개의 경량 알루미늄 또는 부식 방지 스테인리스 스틸 허브와 중앙 디스크로 구성된 3피스 어셈블리입니다. 허브의 장부는 약간의 압입으로 디스크의 슬롯에 결합되어 커플링이 백래시 없이 작동할 수 있습니다. Oldham 커플링은 정밀한 모션 제어와 낮은 관성, 균형 잡힌 설계가 필요한 서보 구동 시스템에 일반적으로 사용됩니다.

Oldham 커플링은 백래시가 없어야 하는 애플리케이션을 위해 설계된 유연한 커플링의 한 형태입니다. 또한 스트레이트 죠 커플링의 대체품으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. Oldham 커플링은 3개의 디스크로 구성됩니다.

두 개의 디스크는 드라이브의 양쪽에 연결되어 있고 세 번째 디스크는 여러 다른 플라스틱 중 하나로 만들어지며 그 사이에 텅 앤 그루브 디자인이 끼워져 있습니다. 한쪽의 텅과 홈은 다른 쪽의 텅과 홈에 수직입니다. 스프링은 종종 커플 링의 백래시를 줄이는 데 사용됩니다.

작동하는 동안 중앙 디스크는 각 허브(90°로 떨어져 있음)의 텅 또는 장부에서 미끄러져 토크를 전달합니다. 커플링은 약간의 각도 및 축 정렬 불량을 수용하지만 평행 정렬 불량이 있는 응용 분야에서 특히 유용합니다.

Oldham 커플링은 컴팩트한 크기와 플라스틱 센터 디스크를 통한 전기 절연 가능성을 비롯한 여러 가지 다른 장점이 있습니다. 커플 링은 기계의 일종의 퓨즈 역할도 할 수 있습니다. 토크 제한을 초과하면 커플링의 중앙 디스크가 먼저 분리되어 토크 전달과 더 값비싼 기계 구성 요소의 잠재적인 손상을 방지합니다.

 

14. Universal (Or Hooke’s) Coupling

범용 또는 후크 커플 링은 축이 작은 각도로 교차하는 두 개의 샤프트를 연결하는 데 사용됩니다. 두 축의 굽힘은 일정할 수 있지만 실제로는 한 축에서 다른 축으로 운동량이 전달될 때 변합니다.

유니버설 또는 후크 커플링의 주요 적용은 기어박스에서 자동차의 차동 또는 백 액슬로의 변속기에서 발견됩니다.

이러한 경우 두 개의 후크를 결합하여 프로펠러 샤프트의 한쪽 끝에 있는 기어박스와 다른 쪽 끝에 있는 차동 장치를 연결합니다. 후크의 커플링은 또한 여러 드릴링 머신의 다양한 스핀들에 전기를 전달하는 데 사용됩니다. 밀링 머신에서 무릎 관절로 사용됩니다.

 

15. Bellows Couplings

벨로우즈 커플링은 커플링 본체 역할을 하는 정밀 엔지니어링된 주름관을 덮는 허브라고 하는 트윈 커플링 끝이 있는 유연한 커플링의 한 형태입니다.

벨로우즈 커플링은 속도, 각도 위치 및 토크를 정확하게 전달하기 위한 탁월한 비틀림 강성으로 유명합니다. 약간의 유연성(골판형 벨로우즈에서)은 축 또는 결합되는 다른 구성 요소 사이의 제한된 양의 축 방향, 각도 및 평행 오정렬을 해결하는 역할을 합니다.

벨로우즈 커플링은 일반적으로 깊은 주름을 만들기 위해 하이드로포밍(또는 경우에 따라 용접)된 스테인리스강 튜브로 만들어집니다. 이러한 하이드로포밍 벨로우즈는 스테인리스 스틸 또는 기타 금속 시트로 시작됩니다. 이 시트는 골이 있는 형태를 형성하기 위해 골이 있는 다이에 대해 내부에서 압력을 가하는 튜브로 당겨집니다. 그런 다음 엔드 허브는 이 커플링 벨로우즈에 어떤 방식으로든 용접되거나 접합됩니다.

 

커플링의 사용

샤프트 커플 링은 많은 목적으로 기계에 사용되며 가장 일반적인 것은 다음과 같습니다.

▷ 모터와 제너레이터로 별도로 제작된 유닛의 축에 연결하기 위한 것으로 옵션으로 수리 또는 단선을 제공합니다.
▷ 샤프트 오정렬을 제공하거나 기계적 유연성을 제공합니다.
▷ 한 샤프트에서 다른 샤프트로의 충격 하중 전달을 줄이기 위해.
▷ 과부하에 대한 보호를 도입합니다.
▷ 돌출된 부분이 없어야 합니다.

 

좋은 커플링의 요구사항

좋은 샤프트 커플링에는 다음 요구 사항이 있어야 합니다.

▷ 연결 또는 연결 해제가 간단해야 합니다.
▷ 손상 없이 한 축에서 다른 축으로 최대 동력을 전달해야 합니다.
▷ 샤프트를 올바른 정렬 상태로 유지해야 합니다.
▷ 한 샤프트에서 다른 샤프트로의 충격 하중 전달을 줄여야 합니다.
▷ 돌출된 부분이 없어야 합니다.

 

커플링 유지보수 및 고장

커플링 유지보수를 위해서는 각 커플링을 정기적으로 검사해야 합니다.

▷ 육안 검사를 수행하고,
▷ 마모 또는 피로의 징후 확인
▷ 정기적으로 커플링 청소
▷ 커플링에 윤활유를 바르면 정기적으로 윤활유를 점검하고 교체하십시오. 이 유지 보수는 대부분의 커플링에 대해 매년 필요하며 열악한 환경이나 까다로운 작동 조건의 커플링에 대해 더 자주 필요합니다.
▷ 날짜와 함께 각 커플링에서 수행된 유지 관리를 문서화합니다.

 

그러나 적절한 유지 관리를 해도 커플링이 고장날 수 있습니다. 유지 관리 이외의 기본 실패 이유는 다음과 같습니다.

▷ 부적절한 설치
▷ 잘못된 커플링 선택
▷ 설계 능력 이상의 작업.
▷ 커플링 수명을 향상시키는 유일한 방법은 고장의 원인을 이해하고 새 커플링을 설치하기 전에 이를 수정하는 것입니다. 

 

잠재적 커플링 실패를 나타내는 일부 외부 징후는 다음과 같습니다.

▷ 삐걱거리는 소리, 끽끽거리는 소리 또는 수다와 같은 비정상적인 소음
▷ 과도한 진동 또는 흔들림
▷ 실패한 씰은 윤활유 누출 또는 오염으로 표시됩니다.