학습    1

        1

축은 동력이나 운동을 전달하는 회전 부분이다.

축의 분류

용도에 의한 분류

    차축(axle): 주로 굽힘  모멘트를 받으며, 회전축과 정지축이 있다.

    전동축(trandmission shaft): 회전에 의해 돌력을 전달하는 축으로 비틀림 모멘트를 받는다.

    스핀들(spindle): 강도와 함께 변형량이 적은 것을 요구 되는 축으로, 굽힘과 비틀림을 동시에 받는다.

형상에 의한 분류

    직선축(straight shaft): 축심이 진원인

    크랭크축(crank shaft): 왕복운동과 회전 운동의 상호 변환에 쓰이는

    플랙시블축(flexible shaft): 전동축이 굽힘을 받을 방향으로 자유로이 변형시켜 충격을 완화하는

설계시 고려할 사항

강도(strength) : 정하중, 반복하중, 충격하중에 충분한 강도를 가져야 한다.

강성(rigidity, stiffness) : 처짐이나 비틀림에 충분히 견뎌야 한다. 이는 변형이 많으면 진동의 원인이 된다.

진동(vibration) : 축의 고유 진동과 공진할 때의 위험 속도를 고려하여 설계해야 한다.

축의 강도 설계 (굽힘 모멘트만을 받는 )

중실축   여기서

중공축    여기서    ()

 

축단면

단면2차모멘트I

극단면 2 모멘트

단면계수

Z

극단면 계수

 

 

 

 

 

축의 강도 설계 (비틀림 모멘트만을 받는 )

중실축    여기서  [cm]

중공축    여기서   [cm]

축의 강도 설계 (굽힘과 비틀림 모멘트를 동시에 받는 )

  

중실축    

중공축    

위의 계산중 안전한 것을 선택한다.

축의 강성 설계 (비틀림 강성)

*   :축의 비틀림 [rad]  :축의 길이 [cm]  G:축재료의 횡탄성계수[]  H:전달 마력 [PS]

일반적으로 전동축의 비틀림각은 1m 0.25° 제한 한다. 

, 연강의 G=8300

중실축 :

중공축 :

축의 비틀림

축의 강성 설계 (굽힘 강성)

 

:처짐각도 E:탄성계수  I:단면 2 모멘트

축의 처짐각도 1/1000 [rad] 이하 되야 한다고 Bath 주장하고, Pfarr 스핀들 기어축, 수차축에 대해서는 1/1200 이하가 되야 한다고 주장하고 있고 이를 참고로 설계한다.

[rad] 대입하면 

축의 진동과 위험속도

축의 편심, 자중, 하중에 의해 편심이 발생하고 회전속도가 커질수록 진동이 발생하게 된다. 축이 파괴 때의 속도를 위험속도(critical speed) 한다.

축의 중앙에 1개의 회전체를 가진

:축의 위험 속도  : 위험 각속도  g:중력 가속도[9800]  :축의 처짐 [mm]

여러 개의 회전체를 가진

Dunkerley 실험 공식     

:축전체의 위험 속도  :축전체의 위험 속도   ,:축전체의 위험 속도

 

위험 회전수  (    )

 

 

 

 

베어링 사이의 간격

굽힘 강성에 의한 베어링 사이의 간격

      

굽힘 강도에 의한 베어링 사이의 간격

최대 굽힘 모멘트는 아래와 같다.

양단부의 축에서 

중간부의 축에서 

,  라면

 

베어링 사이의 거리

 

처음