키와 키홈 끼워맞춤: 공차, 토크 그리고 축

기어는 축이 정확하게 회전하는지를 결정한다. 키는 토크가 온전히 전달되는지를 결정한다. 키의 두 측면이 키홈 벽에 맞닿아 토크가 베어링 압력으로 조인트를 통과한다. 이들 사이의 틈새는 조립품이 손에 어떻게 느껴지는가의 문제가 아니다. 이는 하중이 키 위 어디에 위치하고 얼마나 많은 면적이 이를 지지하는지를 고정한다.

단면은 축에서 나온다

DIN 6885-1과 ISO 773은 평행키의 크기를 토크가 아닌 축 직경에서 정한다. 키홈 깊이는 축 단면이 감당할 수 있는 범위에 의해 제한되기 때문이다. 대부분의 감속기와 기어모터 작업을 커버하는 범위:

직경은 출발점이지 결론이 아니다. 중공축, 경부하 구동 또는 얇은 허브 벽은 베어링 압력을 검증한 후 더 작은 단면을 정당화할 수 있다. 역방향 구동은 보통 더 높은 키보다 더 긴 키를 원한다.

세 가지 끼워맞춤 등급, 세 가지 임무

키 너비는 모든 경우에 h9이다. 달라지는 것은 두 키홈의 공차 영역이며, 그 선택은 조인트가 어떻게 정비될 것인가에 대한 진술이다.

• 보통 — 축에 N9, 허브에 JS9. 고정 허브, 간헐적 분해. JS9는 공칭값에 대해 대칭이므로 허브는 어느 방향으로든 장착된다.
• 긴밀 — 양쪽 모두 P9. 교번 토크, 충격 하중, 또는 유격이 허용되지 않는 조인트. 압입해야 하며, 한 번 압입하고 빼낸 후에는 다시 고정되지 않는다.
• 자유 — 축에 H9, 허브에 D10. 클러치 칼라에서처럼 허브가 축을 따라 미끄러진다.

역방향 임무 하의 감속기 출력과 정하중에서 한 방향으로 회전하는 팬 축은 동일한 직경과 동일한 키 단면이라도 같은 끼워맞춤을 공유해서는 안 된다.

검사자가 측정할 수 있도록 치수 지정하라

키홈 깊이 t1은 검증하기 까다롭다. 캘리퍼는 슬롯 바닥에서 축의 반대편까지 도달할 수 없고, 슬롯 가장자리를 기준으로 한 깊이 마이크로미터는 다른 것을 측정한다.

작업 도면은 대신 d − t1을 지정하여 검사자가 슬롯 바닥에서 축의 먼 모선까지 측정하도록 한다. 그러면 그 숫자는 외경 마이크로미터로 재현 가능하다. 허브에서는 d + t2가 같은 역할을 한다. 이것은 제도 취향이 아니라, 어떤 기기가 사용되고 두 검사자가 같은 부품에서 같은 값을 반환하는지를 결정한다.

토크 용량은 두 번 검증된다

키 용량은 보통 두 가지 파괴 모드에서 검증되며, 더 짧은 답이 지배한다.

• 키 전단: τ = 2T / (d · b · L)
• 측면 베어링 압력: σ = 4T / (d · h · L)

T는 토크, d는 축 직경, b는 키 너비, h는 키 높이, L은 접촉 유효 길이이다. 키는 일반적으로 중탄소강으로 절단되며, IS 2048은 인장 강도가 600 MPa 미만이 아닌 키 강재를 요구한다.

이 공식에 대입되는 값은 설계 핸드북의 허용 응력으로, 재료와 임무에 따라 선택되며 봉재의 인장 강도가 아니다. 인장 강도를 허용 응력으로 취급하는 것이 바로 계산상 여유롭게 통과한 조인트가 현장에서 실패하는 방식이다.

키홈이 축에 미치는 영향

이것이 건너뛰어지는 계산의 절반이다.

슬롯을 절단하면 유효 단면이 d에서 d − t1로 감소하며, 비틀림 용량은 직경의 세제곱에 비례한다. 12 × 8 키가 있는 40 mm 축을 예로 들면: t1은 5 mm이므로 슬롯에서의 단면은 35 mm이고, 35³ 대 40³은 비틀림 용량의 약 3분의 2를 남긴다. 즉 재료의 8분의 1 손실, 강도의 3분의 1 손실이며, 이는 응력 집중이 계산되기 전이다.

슬롯 바닥은 그 자체로 응력 집중원이다. 이미 작은 저널에 위치시키거나 기어의 뿌리원 옆에 두면, 그 집중은 치근이 지는 굽힘 응력 위에 겹친다. 이 유형의 파괴는 두 특징 사이의 선에서 시작되며, 파괴 보고서에서 키는 멀쩡해 보인다. 키가 결코 약한 고리가 아니었기 때문이다.

순서가 끼워맞춤의 생존을 결정한다

키홈은 원칙적으로 열처리 전에 밀링, 성형 또는 브로칭된다. 슬롯은 연질 상태에서 절단하기 쉽고 공구 수명이 더 길기 때문이다. 침탄 및 담금질 후에는 슬롯 너비와 대칭이 변한다. 침탄 경화 축에서 눈에 띄게, 그리고 키홈이 한쪽에서만 단면을 끊을 때 불균일하게 변한다.

두 가지 경로가 정직하다. 여유를 남기고 경화 후 연삭 또는 브로칭으로 슬롯을 마무리하는 것: 범위를 유지하고, 경화 가공 작업이 추가되며, 도면에 여유를 확보해야 한다. 또는 담금질 상태의 너비를 수용하고 범위를 넓히는 것: 더 저렴하고 많은 일반 구동에 적합하나, 끼워맞춤 등급을 공칭이 아닌 더 넓은 범위에 맞게 선택해야 한다.

둘 다 작동한다. 도면은 하나를 명시해야 한다. 작업장에 맡기면 그 교대조에 기계에 있는 사람이 선택하며, 다음 로트는 다르게 나올 수 있다.

생산에서 우리가 유지하는 것

PinyiGear의 키홈은 슬로터, 브로치 및 CNC 밀링으로 절단되며 위치는 0.01 mm로 유지된다. 대칭과 평행도는 키홈 게이지와 CMM으로 검사하는데, 한쪽 측면만 지지하는 키는 보통 크기 문제가 아닌 대칭 또는 평행도 문제이기 때문이다. 축 표면은 베어링 시트와 동일한 데이텀 체계로 선삭 및 연삭되어, 키홈, 기어 시트 및 저널이 세 개가 아닌 하나의 축을 공유한다.

기어 및 축형 구동 부품은 모듈 M0.5에서 M20까지 도면대로 절단되며, 생산 정밀도는 DIN 4–5이고 연삭 치는 DIN 3에 도달한다. 재료로는 20CrMnTi, 20CrMo, 20CrNiMo, 42CrMo, 40Cr, 38CrMoAl 및 45#이 포함되며, 침탄, 질화, 유도 경화 또는 담금질 및 뜨임이 임무에 따라 선택된다. 검사는 기어 측정 센터, CMM, 진원도 및 경도 시험기, 거칠기 측정 및 맞물림 검사를 통해 이루어진다.

업계가 움직이는 방향

IMTS 2026에서 기어 기계 제조사들의 추진은 사양서의 또 다른 소수점이 아닌 공구 상태와 공정 안정성 쪽이었다. 한 제조사는 로봇 카메라 시스템을 공개 데뷔시켰으며, 인공지능과 머신 비전을 사용하여 절삭 공구 상태를 검사했고, 함께 외경 260 mm까지 기어를 가공하는 성형 연삭기와 내치 및 외치를 직경 300 mm, 면폭 100 mm, 스핀들 속도 5,000 rpm까지 커버하는 파워 스키빙 기계를 선보였다 (출처: Gear Solutions, 2026년 9월, https://gearsolutions.com/news/nidec-machine-tool-america-touts-advanced-gear-manufacturing).

키홈에 대한 함의는 직접적이다. 드리프트하는 공구는 누군가 치면을 측정하기 전에 비치형 특징에서 나타나며, 자체 검사 셀을 운영하는 구매자들은 이제 적합성 라벨이 아닌 숫자로 너비, d − t1, 대칭 및 평행도를 요구한다.

여섯 줄이 키 조인트의 수명을 결정한다: 공차 영역이 있는 너비, 축의 d − t1, 허브의 d + t2, 슬롯 길이, 슬롯이 참조되는 데이텀, 그리고 열처리 주변의 공정 순서. 도면을 문의 페이지로 보내주시면 견적 전에 축 단면을 확인하겠습니다.

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