아래에 표시된 레고 기어 및 샤프트와 달리 대부분의 모터는 완벽하게 둥근 샤프트를 가지고 있습니다. 이로 인해 기어, 풀리 및 스프라켓을 부착하기가 어려워집니다.
기어를 샤프트에 부착하는 주요 방법에는 접착제, 압입, 크로스 드릴 구멍, 압축, 고정 나사, 키홈, 인벌류트 스플라인 및 테이퍼 잠금 부싱이 있습니다. 대부분의 산업 응용 분야에서는 키홈 및/또는 고정 나사를 사용합니다. 접착제와 프레스 피팅은 일반적으로 토크가 낮거나 취미 용도로 사용됩니다.
장단점을 고려하여 각 방법을 조사해 보겠습니다. 나는 또한 용어를 사용할 것입니다. 기어, 도르래, 스프로킷 및 캠은 상호 교환적으로 사용됩니다. 이 기사에서는 장치의 기능이 아닌 장착 방법을 다루기 때문입니다.
접착제
접착제는 주로 플라스틱 기어링을 사용하는 취미 응용 분야에 사용됩니다. 플라스틱 기어는 많은 토크를 처리할 수 없을 뿐만 아니라 샤프트 크기도 직경이 작기 때문입니다.
샤프트 직경이 증가함에 따라 접착 조인트의 상대 강도가 증가하고 샤프트 강도는 1000psi(7N/mm)의 보수적인 접착 강도와 C1018 강철 샤프트( 54ksi, 370MPa).
결론: 작은 샤프트에는 접착제를 사용하는 것이 좋은 선택입니다.
앞서 언급했듯이 대부분의 접착제 제조업체는 최소 1000psi의 랩 전단 강도를 광고하며 일부는 3000+psi만큼 높습니다. 랩 전단 테스트는 측정 가능한 영역 위에 두 개의 길고 얇은 막대를 접착제와 함께 부착하여 수행됩니다. 막대의 끝은 파손될 때까지 당겨집니다. 힘을 면적으로 나누고 그 결과가 랩 전단 강도입니다.
실제 강도를 낮출 수 있는 많은 요인이 작용하기 때문에 나는 일반적으로 여기에서 광고된 전단 강도의 낮은 수치를 중심으로 설계합니다. 여기에는 표면 처리, 표면적 적용, 온도 및 습도가 포함됩니다.
접착제를 바르기 전에 사포(~200~300방)나 가는 줄로 도르래 표면과 샤프트를 거칠게 다듬어야 합니다. 이렇게 하면 접착제에 붙일 수 있는 작은 흠집이 생길 것입니다. 그런 다음 클렌저로 청소하고 기름기를 제거한 다음 완전히 건조시키는 것이 좋습니다. 나는 브레이크 클리너가 주변에 있기 때문에 보통 브레이크 클리너를 사용하는 것을 좋아합니다.
귀하의 애플리케이션이 적용된 토크를 견딜 수 있는지 확인합니다. 다음 수식을 사용하십시오.
여기서 Area는 샤프트와 풀리 사이의 표면적, d는 샤프트 직경, L은 샤프트와 풀리의 중첩 길이, F는 샤프트와 풀리 사이의 내부 전단력, Ss는 접착제의 전단 강도이고 T는 적용된(또는 최대 토크)입니다.
평균 접착 전단 강도 1000psi, 직경 0.19인치, 겹침 길이 0.38인치를 사용하여 최대 토크가 43.1inlb임을 알 수 있습니다.
풀리를 샤프트에 결합하기 위해 접착 방식을 사용하는 데에는 세 가지 주요 단점이 있습니다.
토크는 이미 언급한 바와 같이 직경과 접착 강도에 의해 제한됩니다.
샤프트와 풀리를 중심 및/또는 수직에서 벗어나게 하는 기능이 있습니다. 이는 둘 사이의 공차에 의해 최소화될 수 있지만 모든 접착제를 닦아낼 정도로 너무 단단하지는 않습니다.
구성 요소 중 하나 또는 둘 모두가 손상될 가능성 없이 구성 요소를 조정하거나 교체할 수 있는 방법은 없습니다. 조정을 하는 것이 중요하며 이 방법은 조정을 전혀 허용하지 않습니다.
압입
압입식은 기어를 샤프트에 부착하는 검증된 방법입니다. 이는 바퀴 조립품이 마모되거나 둥글게 된 경우 비용을 절약하기 위한 방법으로 철도 산업에서 사용되어 왔습니다.
주 휠 용접부는 정밀하게 가공된 직경을 가지며 그 주위에 얇은 경화 강철 밴드가 적용됩니다. 밴드 또는 "타이어"는 실제로 가공된 표면보다 작습니다. 이를 통해 전체 휠 어셈블리 대신 저렴한 밴드를 수시로 교체할 수 있습니다.
다음 비디오는 열을 사용하여 휠에서 타이어를 제거하는 방법을 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 밴드의 직경이 확장됩니다. 휠(내부 직경)은 질량이 훨씬 더 많고 열을 더 빨리 방출하기 때문에 대략 동일한 크기를 유지합니다.
이 시점에서 동일한 방법으로 밴드를 떼어내고 새 밴드를 설치할 수 있습니다.
기계식 잠금 장치가 없기 때문에 100% 마찰로 인해 미끄러질 수 있습니다. 압입을 측정하고 결정하는 것은 어렵고 일반적으로 가정을 해야 합니다.
여기서 Pr은 표면 사이의 압력, δ는 압입량, d는 샤프트 직경, d는o허브 또는 기어의 외경, di는 샤프트의 내부 직경(빈 경우)이고, μ는 재료 사이의 마찰 계수이고, E와 ν는 재료의 영률 및 포아송 비입니다.
샤프트에 기어를 압입
재료를 가열하면 직경이 증가합니다. 따라서 압입량 δ가 감소합니다. 이렇게 하면 기어를 타고 내리기가 더 쉬워지지만 냉각된 후에도 최종 결과는 동일합니다.
집에서 플라스틱 기어를 사용하여 이 작업을 수행하는 경우. 오븐에서 약 175~200도(79~93도)로 가열한 다음 샤프트 위에서 밀어보세요.
이 방법은 조정 가능하지만 쉽지 않으며 열로 인해 구성 요소가 파손되지 않도록 여러 구성 요소를 분해해야 할 수도 있습니다.
교차 드릴 구멍
기어 허브와 샤프트 모두에 구멍을 뚫는 것은 많은 토크를 얻을 수 있는 좋은 방법입니다. 또한 토크가 너무 높으면 핀이 전단(파손)되기 때문에 샤프트에 과부하가 걸리는 것을 방지합니다. 이 응용 프로그램에 사용할 수 있는 세 가지 주요 핀 유형이 아래에 가장 약한 것부터 가장 강한 것 순으로 나열되어 있습니다.
롤(스프링) 핀이 있는 십자 드릴 구멍
롤(스프링 또는 슬롯형) 핀 - 둥근 모양으로 감겨진 플랫 바입니다. 핀이 미끄러지지 않도록 스프링이 열리는 경향이 있으므로(따라서 스프링 핀) 압입이 충분히 가능합니다. 다른 두 가지 옵션보다 이것을 권장합니다.
전단 핀 – 이 핀은 단단하며 특정 힘에서 핀이 파손되도록 설계된 중간 지점에 노치가 있습니다. 노치가 샤프트 직경과 동일한 평면에 있는 핀을 얻는 것이 중요합니다.
다웰 핀 – 이는 고강도 솔리드 핀입니다. 구멍이 너무 크면 이를 제자리에 접착제로 붙여야 할 것입니다(전단 핀도 마찬가지). 응용 프로그램의 방향이 바뀌거나 하중이 가해지면 접착제가 조기에 실패하고 핀이 떨어질 수 있습니다.
각 핀에는 광고된 파괴 강도가 있으며 아래 방정식을 기반으로 직경과 유형을 선택할 수 있습니다. 에프s는 전단력, T는 적용된 토크, d는 샤프트 직경입니다.
이 방법은 더 많은 토크를 처리할 수 있는 많은 용량을 제공하지만 구멍을 뚫은 후에는 여전히 어떤 조정도 제공하지 않습니다. 너무 많이 엉망으로 만들면 샤프트가 스위스 치즈처럼 보일 것입니다.
가장 큰 이점은 거의 모든 사람이 이 조인트를 만들 수 있다는 것입니다. 드릴, 드릴 비트, 망치만 있으면 됩니다.먼저 더 작은 직경 1/16 – 3/32를 뚫고 이쑤시개로 정렬을 확인하는 것이 좋습니다.괜찮다면 원하는 직경만큼 드릴로 뚫어주세요. 그렇지 않은 경우 샤프트의 다른 부분으로 회전하여 다시 시도하십시오.
기어, 스프라켓, 풀리를 샤프트에 부착하는 방법
Gears의 Corey Rasmussen이 작성, 기계 설계 최종 업데이트: 2024년 8월 22일
아래에 표시된 레고 기어 및 샤프트와 달리 대부분의 모터는 완벽하게 둥근 샤프트를 가지고 있습니다. 이로 인해 기어, 풀리 및 스프라켓을 부착하기가 어려워집니다.
기어를 샤프트에 부착하는 주요 방법에는 접착제, 압입, 크로스 드릴 구멍, 압축, 고정 나사, 키홈, 인벌류트 스플라인 및 테이퍼 잠금 부싱이 있습니다. 대부분의 산업 응용 분야에서는 키홈 및/또는 고정 나사를 사용합니다. 접착제와 프레스 피팅은 일반적으로 토크가 낮거나 취미 용도로 사용됩니다.
장단점을 고려하여 각 방법을 조사해 보겠습니다. 나는 또한 용어를 사용할 것입니다. 기어, 도르래, 스프로킷 및 캠은 상호 교환적으로 사용됩니다. 이 기사에서는 장치의 기능이 아닌 장착 방법을 다루기 때문입니다.
접착제
접착제는 주로 플라스틱 기어링을 사용하는 취미 응용 분야에 사용됩니다. 플라스틱 기어는 많은 토크를 처리할 수 없을 뿐만 아니라 샤프트 크기도 직경이 작기 때문입니다.
크리에이티브 커먼즈의 이미지 제공
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샤프트 직경이 증가함에 따라 접착 조인트의 상대 강도가 증가하고 샤프트 강도는 1000psi(7N/mm)의 보수적인 접착 강도와 C1018 강철 샤프트( 54ksi, 370MPa).
결론: 작은 샤프트에는 접착제를 사용하는 것이 좋은 선택입니다.
앞서 언급했듯이 대부분의 접착제 제조업체는 최소 1000psi의 랩 전단 강도를 광고하며 일부는 3000+psi만큼 높습니다. 랩 전단 테스트는 측정 가능한 영역 위에 두 개의 길고 얇은 막대를 접착제와 함께 부착하여 수행됩니다. 막대의 끝은 파손될 때까지 당겨집니다. 힘을 면적으로 나누고 그 결과가 랩 전단 강도입니다.
실제 강도를 낮출 수 있는 많은 요인이 작용하기 때문에 나는 일반적으로 여기에서 광고된 전단 강도의 낮은 수치를 중심으로 설계합니다. 여기에는 표면 처리, 표면적 적용, 온도 및 습도가 포함됩니다.
접착제를 바르기 전에 사포(~200~300방)나 가는 줄로 도르래 표면과 샤프트를 거칠게 다듬어야 합니다. 이렇게 하면 접착제에 붙일 수 있는 작은 흠집이 생길 것입니다. 그런 다음 클렌저로 청소하고 기름기를 제거한 다음 완전히 건조시키는 것이 좋습니다. 나는 브레이크 클리너가 주변에 있기 때문에 보통 브레이크 클리너를 사용하는 것을 좋아합니다.
귀하의 애플리케이션이 적용된 토크를 견딜 수 있는지 확인합니다. 다음 수식을 사용하십시오.
여기서 Area는 샤프트와 풀리 사이의 표면적, d는 샤프트 직경, L은 샤프트와 풀리의 중첩 길이, F는 샤프트와 풀리 사이의 내부 전단력, Ss는 접착제의 전단 강도이고 T는 적용된(또는 최대 토크)입니다.
평균 접착 전단 강도 1000psi, 직경 0.19인치, 겹침 길이 0.38인치를 사용하여 최대 토크가 43.1inlb임을 알 수 있습니다.
풀리를 샤프트에 결합하기 위해 접착 방식을 사용하는 데에는 세 가지 주요 단점이 있습니다.
토크는 이미 언급한 바와 같이 직경과 접착 강도에 의해 제한됩니다.
샤프트와 풀리를 중심 및/또는 수직에서 벗어나게 하는 기능이 있습니다. 이는 둘 사이의 공차에 의해 최소화될 수 있지만 모든 접착제를 닦아낼 정도로 너무 단단하지는 않습니다.
구성 요소 중 하나 또는 둘 모두가 손상될 가능성 없이 구성 요소를 조정하거나 교체할 수 있는 방법은 없습니다. 조정을 하는 것이 중요하며 이 방법은 조정을 전혀 허용하지 않습니다.
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압입
압입식은 기어를 샤프트에 부착하는 검증된 방법입니다. 이는 바퀴 조립품이 마모되거나 둥글게 된 경우 비용을 절약하기 위한 방법으로 철도 산업에서 사용되어 왔습니다.
주 휠 용접부는 정밀하게 가공된 직경을 가지며 그 주위에 얇은 경화 강철 밴드가 적용됩니다. 밴드 또는 "타이어"는 실제로 가공된 표면보다 작습니다. 이를 통해 전체 휠 어셈블리 대신 저렴한 밴드를 수시로 교체할 수 있습니다.
다음 비디오는 열을 사용하여 휠에서 타이어를 제거하는 방법을 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 밴드의 직경이 확장됩니다. 휠(내부 직경)은 질량이 훨씬 더 많고 열을 더 빨리 방출하기 때문에 대략 동일한 크기를 유지합니다.
이 시점에서 동일한 방법으로 밴드를 떼어내고 새 밴드를 설치할 수 있습니다.
기계식 잠금 장치가 없기 때문에 100% 마찰로 인해 미끄러질 수 있습니다. 압입을 측정하고 결정하는 것은 어렵고 일반적으로 가정을 해야 합니다.
슈퍼 슬로우무료 온라인 샤프트 압입 계산기또는 프로로 전환
여기서 Pr은 표면 사이의 압력, δ는 압입량, d는 샤프트 직경, d는o허브 또는 기어의 외경, di는 샤프트의 내부 직경(빈 경우)이고, μ는 재료 사이의 마찰 계수이고, E와 ν는 재료의 영률 및 포아송 비입니다.
샤프트에 기어를 압입
재료를 가열하면 직경이 증가합니다. 따라서 압입량 δ가 감소합니다. 이렇게 하면 기어를 타고 내리기가 더 쉬워지지만 냉각된 후에도 최종 결과는 동일합니다.
집에서 플라스틱 기어를 사용하여 이 작업을 수행하는 경우. 오븐에서 약 175~200도(79~93도)로 가열한 다음 샤프트 위에서 밀어보세요.
이 방법은 조정 가능하지만 쉽지 않으며 열로 인해 구성 요소가 파손되지 않도록 여러 구성 요소를 분해해야 할 수도 있습니다.
교차 드릴 구멍
기어 허브와 샤프트 모두에 구멍을 뚫는 것은 많은 토크를 얻을 수 있는 좋은 방법입니다. 또한 토크가 너무 높으면 핀이 전단(파손)되기 때문에 샤프트에 과부하가 걸리는 것을 방지합니다. 이 응용 프로그램에 사용할 수 있는 세 가지 주요 핀 유형이 아래에 가장 약한 것부터 가장 강한 것 순으로 나열되어 있습니다.
롤(스프링) 핀이 있는 십자 드릴 구멍
롤(스프링 또는 슬롯형) 핀 - 둥근 모양으로 감겨진 플랫 바입니다. 핀이 미끄러지지 않도록 스프링이 열리는 경향이 있으므로(따라서 스프링 핀) 압입이 충분히 가능합니다. 다른 두 가지 옵션보다 이것을 권장합니다.
전단 핀 – 이 핀은 단단하며 특정 힘에서 핀이 파손되도록 설계된 중간 지점에 노치가 있습니다. 노치가 샤프트 직경과 동일한 평면에 있는 핀을 얻는 것이 중요합니다.
다웰 핀 – 이는 고강도 솔리드 핀입니다. 구멍이 너무 크면 이를 제자리에 접착제로 붙여야 할 것입니다(전단 핀도 마찬가지). 응용 프로그램의 방향이 바뀌거나 하중이 가해지면 접착제가 조기에 실패하고 핀이 떨어질 수 있습니다.
각 핀에는 광고된 파괴 강도가 있으며 아래 방정식을 기반으로 직경과 유형을 선택할 수 있습니다. 에프s는 전단력, T는 적용된 토크, d는 샤프트 직경입니다.
이 방법은 더 많은 토크를 처리할 수 있는 많은 용량을 제공하지만 구멍을 뚫은 후에는 여전히 어떤 조정도 제공하지 않습니다. 너무 많이 엉망으로 만들면 샤프트가 스위스 치즈처럼 보일 것입니다.
가장 큰 이점은 거의 모든 사람이 이 조인트를 만들 수 있다는 것입니다. 드릴, 드릴 비트, 망치만 있으면 됩니다.먼저 더 작은 직경 1/16 – 3/32를 뚫고 이쑤시개로 정렬을 확인하는 것이 좋습니다.괜찮다면 원하는 직경만큼 드릴로 뚫어주세요. 그렇지 않은 경우 샤프트의 다른 부분으로 회전하여 다시 시도하십시오.
압축허브
기어를 샤프트에 부착하는 일반적인 방법은 아니지만 사용 가능합니다. 기어가 샤프트 위로 미끄러지면 고정 나사가 조여지고 마찰로 인해 토크가 전달됩니다. 샤프트에 기름이 묻거나 고착 방지제를 사용하면 계수가 의도치 않게 감소할 수 있습니다. 이 방법을 사용할 때는 서로 다른 금속을 사용하는 것이 가장 좋습니다.
대부분의 경우 구성 요소에 릴리프를 만드는 데 드는 비용으로 인해 이 유형의 방법 비용이 엄청납니다.
이런 유형의 조인트는 피하세요!
고정나사
샤프트에 고정 나사만 부착하는 방법은 타이밍 풀리, 기어 및 스프로킷에서 매우 일반적입니다.
이와 같은 커플링에서 어떤 종류의 토크를 얻을 수 있는지 판단하기는 어렵습니다. 결과는 마찰 계수, 적용된 토크, 나사산 윤활 및 고정 나사 유형에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 기본 방정식은 다음과 같습니다.
여기서 T는 출력 토크, μ는 마찰 계수, F는 고정나사 1개의 수직력, d는 다프트 직경입니다.
대부분의 사람들은 고정나사를 최대한 조이기만 합니다. 풀리가 과도한 토크로 인해 미끄러지지 않는 한 모든 것이 정상입니다. 그러나 그렇게 되면 샤프트에 홈이 빠르게 마모됩니다. 이렇게 하면 샤프트 직경이 더 작아집니다. 따라서 달성할 수 있는 최대 토크가 줄어듭니다.
주요 이점은 이 방법이 샤프트 회전과 샤프트 길이를 따라 100% 조정 가능하다는 것입니다. 일반적으로 이 방법은 샤프트 크기가 1/2″(13mm) 이하인 경우에만 사용할 수 있습니다.
키 홈
대부분의 산업 응용 분야에서 표준은 키 샤프트입니다.지금까지 기성 장비는 키 슬롯 크기의 다양한 보어에서 사용할 수 있습니다. 원하는 경우 미완성 보어를 구입하여 키홈을 직접 절단할 수도 있습니다.
보어 크기를 선택할 때 기어에 비해 너무 큰 샤프트를 선택하지 않는지 확인하십시오. 최근에 1인치 샤프트에 10-톱니 스프로킷을 사용하는 시스템이 있었습니다. 이 시스템은 시동 시 약간의 압력 스파이크가 있었고 실제로 스프로킷이 반으로 갈라졌습니다.
허브 외부와 키홈 사이의 재료 두께가 1/8인치에 불과했기 때문에 이 작업을 매우 쉽게 수행할 수 있었습니다. 톱니 하나를 추가하여 두께를 ¼로 두 배로 늘릴 수 있었습니다. 이것은 인벌류트 스플라인이 더 나은 선택이 되십시오(자세한 내용은 나중에 설명).
대부분의 기어는 한두 개의 고정 나사만으로 샤프트에서 미끄러지는 것을 방지합니다. 일반적으로 나사 하나는 키에 있고 다른 나사는 키에 대해 90도 각도를 이루며 샤프트를 누릅니다. 스퍼 기어의 경우 이는 적절하지만 헬리컬 기어의 경우 측면 하중을 고려하기 위해 샤프트에 더 많은 양의 맞물림이 필요합니다. 가능한 솔루션은 스러스트 베어링, 테이퍼 롤러 베어링 또는 스냅 링입니다.
