정밀 샤프트, 스플라인 및 기어 샤프트

샤프트는 동시에 세 가지를 담당한다: 토크, 위치, 그리고 끼워맞춤이다. 기어가 그 위에 앉고, 베어링이 그것을 지지하며, 스플라인 또는 키홈이 그것을 구동한다. 끼워맞춤이 잘못되면 베어링이 일찍 고장 나고, 동심도가 잘못되면 기어가 물림에서 벗어나며, 스플라인이 잘못되면 반복 하중 아래에서 조인트가 헐거워져 덜그럭거린다.

PinyiGear는 도면에 따라 샤프트와 스플라인을 가공하며, 기어와 샤프트가 일체인 기어 샤프트도 포함한다. 이 페이지에서는 우리가 만드는 것, 스플라인과 베어링 시트를 어떻게 처리하는지, 그리고 도면이 담아야 할 사항을 다룬다.

우리가 만드는 것

• 기어 샤프트 — 샤프트와 기어를 하나의 소재에서 절삭하므로, 치형과 베어링 시트 사이의 런아웃이 조립이 아닌 가공으로 확보된다
• 기어박스와 감속기용 구동 샤프트
• 키홈 또는 스플라인이 있는 모터 출력 샤프트
• 스플라인 샤프트 — 직선 측면, 인벌류트 또는 세레이션
• 정밀 기기용 스핀들 및 샤프트
• 원래 부품을 더 이상 구할 수 없는 장비를 위한 수리 및 교체용 샤프트

단일 셋업이 중요한 이유

샤프트를 다시 척에 물릴 때마다 새로운 오차 원인이 부품에 들어온다. 베어링 시트, 기어 시트, 스플라인을 한 번의 셋업으로 가공하면 이들이 단일 축을 기준으로 유지되며, 동심도가 실제로 의존하는 것이 바로 이것이다.

샤프트가 길거나 피처가 양쪽 끝에 있는 경우에는 단일 셋업이 물리적으로 불가능하다. 그때는 데이텀 체계가 명시되어야 한다: 어느 저널이 기준인지, 피처 간 런아웃 한도는 얼마인지, 연삭을 위해 부품을 어떻게 고정할 것인지. 데이텀 체계가 없는 샤프트 도면은 현장이 임의로 하나를 만들도록 남겨두는 것이며, 두 공급업체는 서로 다른 두 가지를 만들게 된다.

스플라인

스플라인 유형이 하중 경로와 끼워맞춤을 결정한다.

토크가 중요한 경우 인벌류트 스플라인이 기본이며, 측면 형상이 더 넓은 폭에 걸쳐 하중을 전달하고 뿌리부가 직선 측면 스플라인보다 노치가 적기 때문이다. 사용 표준: 직선 측면 스플라인은 GB/T 3478, 인벌류트 스플라인은 DIN 5480, 고객 도면이 명시하는 경우 ANSI B92.1.

두 가지 생산 경로:

• 스플라인 밀링 또는 호빙 — 열처리 전에 절삭. 정확하고 경제적이지만, 측면이 경화 중 변형과 함께 움직인다.
• 스플라인 롤링 — 냉간 성형으로, 유리한 결정립 흐름과 매끄러운 측면을 남긴다. 연한 재료와 특정 형상에 적합하다.

경화된 스플라인의 경우 순서가 중요하다. 오버사이즈로 절삭하고, 경화한 후, 마무리 가공하거나 — 또는 도면이 비용을 허용하는 경우 경화 후 연삭으로 절삭한다. 경화 전에 최종 치수로 절삭한 후 변형 제어 없이 경화하는 것이 조인트가 슬라이딩되지 않는 일반적인 원인이다.

베어링 시트와 저널

베어링 시트는 샤프트 수명을 결정하는 피처이다. 도면에 포함되어야 할 사항:

• 끼워맞춤 등급이 있는 직경 (샤프트 저널에서는 h6 또는 h7이 일반적)
• 진원도와 원통도
• 표면 거칠기 — 미세한 마무리가 거친 것보다 유막을 더 잘 유지한다
• 숄더 직각도, 기울어진 숄더 위에서 기울어지는 베어링은 롤러 한 열에 하중을 집중시키기 때문이다
• 다른 베어링 시트에 대한 런아웃, 이것이 샤프트가 진원으로 회전하는지를 결정하는 수치이다

좁은 공차 범위의 경화된 저널에는 연삭이 일반적인 경로이며, 끼워맞춤이 일반적이고 하중이 가벼운 경우에는 선삭으로 충분하다.

재료와 열처리

담금질 및 뜨임 HB 240–280이 범용 상태이며, 고주파 경화 HRC 45–55는 저널이 부싱에서 작동하거나 표면이 베어링 없이 하중을 받는 곳에 나타난다. 경화 후 변형은 나중에 발견할 것이 아니라 계획되어야 한다.

가공 순서

1. 소재(Blank) — 톱질 후, 가공 여유를 두고 거친 직경으로 선삭.
2. 응력 제거 — 길거나 가느다란 축의 경우, 마무리 전에 휨이 드러나도록 응력을 제거.
3. 황삭 가공 — 선삭, 키홈 및 평면 밀링, 스플라인 절삭 또는 스플라인용 여유 남기기.
4. 열처리 — 도면에 따름.
5. 정삭 가공 — 저널을 선삭 또는 연삭하여 치수 맞춤, 지정된 경우 스플라인 플랭크 연삭.
6. 2차 작업 — 나사 가공, 키홈 브로칭, 드릴 및 탭, 모따기.
7. 검사 — 치수, 흔들림(runout), 스플라인 게이지 검사, 표면 조도.

가느다란 축이 어려운 경우이다: 절삭력이 공작물을 변형시키므로, 공구가 지나간 후 축이 되튀어 오른다. 황삭 후 가벼운 절삭과 심압대(steady)를 사용한 정삭이 긴 축에서 직경과 직선도를 유지하는 방법이다.

검사

• 직경 및 길이 — 마이크로미터 및 CMM
• 저널 간, 그리고 저널과 기어 또는 스플라인 간의 흔들림 및 동심도
• 베어링 시트의 진원도 및 원통도
• 스플라인 검사 — 해당 치수에 대한 게이지 또는 핀 측정, 도면에 명시된 표준 기준
• 저널 및 밀봉면의 표면 거칠기
• 열처리가 지정된 부위의 경도
• 긴 축의 직선도

기어 축의 경우 검사 계획은 축과 치형 모두를 포함하므로, 치형과 베어링 시트 간의 흔들림은 추정이 아닌 측정 결과로 보고된다.

포장

축은 지지되지 않으면 운송 중 손상되기 쉽다: 상자 안의 긴 축은 자체 무게로 휘어지고, 스플라인이나 완성된 저널은 단단한 물체에 닿아 찍힌다. 부품은 저널 보호재와 함께 길이 방향으로 지지되어 포장되며, 완성된 표면이 서로 닿지 않도록 분리된다.

보내주실 자료

• 축 도면(PDF, DXF, STEP, DWG, IGES) — 데이텀, 끼워맞춤, 흔들림, 표면 조도 포함
• 스플라인 사양 — 형식 및 표준, 또는 상대 허브 도면
• 재질 및 열처리, 또는 이들이 미정인 경우 사용 조건
• 키홈 또는 나사 상세 — 도면에 없는 경우
• 수량, 그리고 시제품/초도품/반복 생산 여부

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FAQ

기어와 축을 일체형으로 제작할 수 있습니까? 가능하며, 종종 더 나은 선택이다. 일체형은 기어와 축 사이의 끼워맞춤과 키 또는 스플라인 결합이 초래하는 흔들림을 제거한다. 대신 소재가 커지고 축 가공 후 치형을 절삭해야 한다.

어떤 스플라인 표준으로 작업하십니까? 직선 측면은 GB/T 3478, 인벌류트는 DIN 5480, 도면에 명시된 경우 ANSI B92.1을 적용한다. 동일한 공칭 치수라도 표준에 따라 의미가 다르므로, 도면에 표준이 명기되어야 한다.

스플라인은 경화 전에 절삭합니까, 후에 절삭합니까? 대부분의 경우 경화 전이다 — 변형 여유를 두거나 이후에 마무리 가공을 한다. 자유롭게 슬라이드해야 하는 경화된 스플라인은 작업 현장이 아닌 도면 단계에서 순서가 결정되어야 한다.

저널에서 어느 정도 공차를 유지할 수 있습니까? 연삭된 저널에서 h6 및 h7은 일반적이다. 연삭으로 짧은 형상에서 더 좁은 공차도 가능하지만, 그 수치는 특정 형상과 측정 방법에 연결되어야 한다.

축과 기어를 세트로 매칭하여 공급합니까? 가능하다. 둘 다 당사에서 제작하는 경우, 끼워맞춤과 흔들림은 각각의 도면 기준이 아닌 한 쌍으로 검사된다.

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