축이음의 종류와 커플링·클러치 구별

핵심 정리

축이음은 두 축을 이어 한 축의 회전력을 다른 축으로 전달하는 기계요소이다. 두 축의 중심선이 완전히 일치하지 않는 현실 조건이 있으므로, 축이음을 고를 때는 두 축이 항상 결합된 채로 있어야 하는지, 운전 중에 떼었다 붙일 수 있어야 하는지, 두 축의 중심이 얼마나 정확히 맞는지를 먼저 본다. 이 기준에 따라 커플링은 영구 결합용 축이음이고, 클러치는 필요에 따라 결합과 분리를 반복하는 착탈용 기계요소로 나뉜다.

고정축 조인트는 두 축을 완전히 결합해 회전력을 전달하는 방식이다. 저속 회전에서는 이 방식이 쓰인다. 구조가 간단하지만, 고속으로 돌리면 축심이 근소하게만 빗나가도 축이나 축받이에 무리가 가고 진동의 원인이 된다.

그래서 실제 기계에서는 결합부에 탄성체나 동축심 맞물림 요소를 넣어 축심의 부정확성을 허용하는 굽힘축조인트, 즉 유연 커플링을 쓴다. 축심 어긋남 흡수 고무 커플링은 탄성체를 이용한 유연 커플링이다. 체인 커플링은 축 사이의 불일치를 흡수하는 유연 커플링이다. 기어 커플링은 외치와 내치를 맞물려 동력을 전달하며 치 사이 틈새가 각도 어긋남을 허용한다.

축선이 기울어진 두 축을 잇는 대표적인 이음은 유니버설 조인트이다. 유니버설 조인트는 축선이 기울어진 두 축을 연결해 회전운동을 전달하는 이음이다. 평행하지 않은 두 축을 잇는 유니버설 조인트는 회전각에 따라 각속도비가 변동한다.

클러치는 운전 중 동력 전달을 끊거나 잇는 데 쓰인다. 회전하는 두 축을 필요에 따라 접속하거나 분리해 동력 전달을 단속하는 기계요소는 클러치다. 운전 중 분리 가능 여부

커플링과 클러치를 가르는 결정적 차이는 운전 중 분리가 가능한지에 있다. 커플링은 두 축을 영구적으로 연결하여 회전 중 임의로 동력 전달을 끊을 수 없다.

자세히

유니버설 조인트의 각속도 변동

유니버설 조인트는 회전 중 두 축이 이루는 각이 변해도 사용할 수 있다. 그래서 두 축 사이의 각이 운전 중에 바뀌는 곳에 쓰인다. 자동차의 동력 전달 축이음에 사용되는 것도 같은 맥락이다. 두 축이 어느 각도로 만날 때 쓰는 자재이음을 유니버설 커플링이라 한다.

각속도 변동은 이 이음을 이해하는 핵심이다. 원동축이 등속 회전하면 유니버설 조인트의 종동축 각속도는 주기적으로 변한다. 이 점 때문에 각속도가 주기적으로 변함 종동축의 회전 속도는 한 바퀴 동안 일정하지 않다.

클러치와 커플링의 단속 여부

클러치는 축과 축을 잠시 결합하거나 떼어놓는 착탈축 조인트이다. 클러치는 운전 중 필요에 따라 탈착이 가능한 축이음이다. 두 기능을 한 표로 정리하면 다음과 같다.

표의 운전 중 분리 행이 판단 기준이다. 같은 축이음처럼 보여도 운전 중에 분리되는지를 확인하면 커플링과 클러치를 구별할 수 있다. 자동차 트랜스미션에서는 기계 클러치의 대안으로 유체 커플링이 쓰이는데, 유체 커플링은 회전하는 기계힘을 전달하는 유체동역학적 장치이다.