테이퍼 부시 vs 록킹 어셈블리: 키 없는 체결의 선택

대부분의 기어박스는 여전히 키홈을 중심으로 조립되며, 그럴 만한 이유가 있습니다. 키홈은 사양 지정이 쉽고, 가공이 쉽고, 검사가 쉽습니다. 그러나 키홈은 양쪽 부재에 절삭된 응력 집중부이며, 샤프트가 이미 높은 하중을 받는 지점에서 단면을 제거하고, 하중이 반전될 때마다 넘어야 하는 유격을 남깁니다. 키를 완전히 배제하는 두 가지 대안이 있으며, 이들은 현장에서 흔히 서로 혼동됩니다.

두 가지 부품, 두 가지 다른 끼워맞춤

테이퍼 부시는 외부에 테이퍼가 있는 분할 슬리브입니다. 허브는 이에 대응하는 테이퍼 보어로 가공되어야 합니다. 부시를 한쪽에서 압입하고, 2개 또는 3개의 나사로 축방향으로 당기면 테이퍼가 닫히고 보어가 수축하며 어셈블리가 샤프트를 잡습니다. 분해는 동일한 나사를 잭킹 홀(jacking hole)로 옮겨 부시를 다시 밀어내는 방식으로 이루어집니다.

록킹 어셈블리(키리스 부싱 또는 파워 록으로도 판매됨)는 허브의 일부가 아닙니다. 이는 평보어와 평샤프트 사이에 끼워지는 링 세트로, 내부 요소와 외부 요소 사이에 맞물리는 테이퍼가 있습니다. 나사를 조이면 링이 이 테이퍼를 따라 이동하여 양쪽이 반경 방향으로 팽창하며 샤프트와 보어를 동시에 압박합니다. 허브에는 테이퍼가 있을 필요가 없습니다.

이 단일한 차이가 도면이 어느 쪽을 수용할 수 있는지를 결정합니다. 허브가 이미 직선 보어로 존재한다면, 재가공 없이 록킹 어셈블리가 유일한 옵션입니다. 허브를 해당 용도에 맞게 제작하는 경우라면, 테이퍼 부시가 구매 비용이 더 저렴하고 교체가 더 빠릅니다.

토크는 실제로 어디에서 오는가

두 설계 모두 반경 방향 접촉 압력으로 생성된 마찰을 통해 토크를 전달합니다. 따라서 데이터시트 수치는 키의 전단 강도가 아니라 표면 조도, 끼워맞춤, 윤활 및 나사 토크에 따라 달라집니다. RINGFEDER는 RfN 7012 록킹 어셈블리를 샤프트 k9~h9, 허브 N9~H9에 대해 규정하며, 느슨한 쪽에서는 k11~h11 및 N11~H11이 허용되고, 양쪽 접촉면의 표면 조도는 Ra 3.2 µm 이상입니다. 나사는 12.9 등급이며, 카탈로그에서는 조임 토크를 명시된 값의 절반으로 줄일 수 있으며, 이 경우 토크 용량, 축방향 힘 및 표면 압력이 모두 대략 비례하여 감소합니다.

이 마지막 관계는 역으로 읽을 가치가 있습니다. 나사 토크가 더 크다고 해서 여유가 더 큰 것은 아닙니다. 과도한 조임은 얇은 벽의 주철 허브가 갈라지는 원인이며, 부족한 조임은 체결부가 크리프하고 테이퍼를 밝은 링으로 연마하며 하중 하에서 이동하기 시작하는 원인입니다. 토크 렌치와 문서화된 수치는 여기서 더 큰 사이즈보다 신뢰성에 더 기여합니다.

두 제품군은 조임 중 발생하는 현상에서도 차이가 있습니다. 대칭 이중 테이퍼 설계는 나사가 조여지는 동안 샤프트와 허브를 서로에 대해 제자리에 유지하며, 이는 기어가 정의된 축방향 위치에 있어야 할 때 중요합니다. 단일 테이퍼 설계는 조임 시 허브를 샤프트를 따라 당기므로, 축방향 위치는 클램핑 후에 설정하거나 레이아웃에서 고려해야 합니다.

테이퍼 부시 표 읽기

공개된 범위에서 2517 부시를 예로 들어 보겠습니다. 길이 44.5 mm, 대단부 직경 85.5 mm이며, 1/2인치 BSW 나사 2개를 50 N·m로 사용합니다. 키 없이 38 mm 보어에서 380 N·m, 48 mm 보어에서 510 N·m를 전달합니다. 최소 허브 직경은 180 N/mm²의 주철에서 130 mm, 600 N/mm²의 강에서 108 mm입니다. 같은 범위에서 1008 부시는 12 mm 보어에서 29 N·m를, 5050은 125 mm 보어에서 7370 N·m를 전달합니다.

이 두 끝 사이의 폭이 핵심입니다. 선정은 양방향 계산입니다. 보어가 사이즈를 결정하고, 토크가 그 사이즈가 충분한지를 결정하며, 허브 직경이 허브가 그 사이즈가 생성하는 표면 압력을 견딜 수 있는지를 결정합니다. 키도 함께 장착하면 미끄럼면이 샤프트-부시 인터페이스에서 부시-허브 인터페이스로 이동하여, 대단부 직경 대 보어의 비율에 대략 비례하여 용량이 증가합니다.

키를 빼고, 다시 넣기

빈번한 분해와 위상 조정이 키리스로 가는 가장 명확한 이유입니다. 서보 샤프트의 기어는 엔코더 영점에 대해 정의된 각도 관계를 가집니다. 키가 있으면 재조립할 때마다 그 관계를 다시 찾아야 하지만, 클램핑 체결은 위치를 이동시키지 않고 해제 및 재클램핑됩니다.

작은 샤프트 직경이 두 번째 이유입니다. 키홈은 여유 재료가 거의 없는 부품에서 단면을 제거하고 두 개의 날카로운 모서리를 추가합니다. 백래시 요구 사항이 있는 반전 듀티가 세 번째입니다. 키는 반전할 때마다 유격을 통해 이동하며, 마찰 체결은 넘어야 할 간극이 없습니다. 공간이 네 번째입니다. 록킹 어셈블리는 적층할 수 있으며, 4·L 거리 내의 여러 유닛이 토크 정격을 합산하여 큰 모멘트를 전달하는 좁은 허브에 적합합니다.

키가 여전히 더 나은 답인 조건도 있습니다. 큰 충격 하중, 빠른 반전, 그리고 아무도 토크 렌치를 소유하지 않은 현장은 모두 키 체결을 선호합니다. 클램핑 체결은 조립 절차만큼만 좋기 때문입니다. 얇은 주철 허브는 표면 압력에 의해 제한되며, 한 단계 위 사이즈가 맞지 않으면 마찰 경로는 공간이 부족해집니다. 물량이 적고 허브가 다른 이유로 이미 키 가공되는 경우 비용도 중요합니다.

도면이 말해야 하는 것

키리스 체결은 조립 단계가 오차를 흡수할 능력을 제거합니다. 키 체결은 키 유격에서 약간의 편심을 숨기지만, 클램핑 체결은 강하게 센터링하므로 부품에 존재하는 런아웃이 직접 맞물림 오차로 변환됩니다. 키리스 설계에서 기어 보어와 치선단 사이의 동심도는 도면 요구 사항이지, 나중에 해결할 조립 문제가 아닙니다.

허브의 경우 네 가지 특징이 체결을 담당합니다. 테이퍼 각도와 접촉 패턴은 마킹 컴파운드로 확인하고 전체 면에 걸쳐 판독합니다. 보어 공차와 진원도는 클램핑 압력이 분배되는 방식을 결정합니다. 면 런아웃은 어셈블리가 숄더에 안착하는 곳마다 기준면이 됩니다. 그리고 두 연결 유형을 혼합하는 부품에서는 키홈-보어 대칭성입니다. 기어의 경우, 치아를 연삭하기 전에 보어를 연삭하는 것, 즉 완성된 보어에 위치를 잡는 것이 장착 후 런아웃을 낮게 유지하는 방법입니다. 이 순서를 뒤집으면 부품이 반품됩니다.

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