V벨트·평벨트 전동의 원리와 쟁점

핵심 정리

감아걸기 전동인 벨트 전동은 떨어진 두 축 사이에 벨트를 감아 회전력을 전달하는 기계요소다. 두 축 사이 거리가 먼 경우 벨트를 이용해 간접적으로 동력을 전달한다. 동력은 벨트와 풀리 사이에 작용하는 마찰력으로 전해지며, 벨트의 팽팽한 쪽 장력과 이완된 쪽 장력의 차도 이 마찰력에 의해 생긴다. 따라서 마찰이 얼마나 확보되는지가 전동 능력을 가르는 기준이 된다.

벨트는 쇠가죽으로 만든 평벨트, 고무 속에 섬유를 넣은 V벨트, 맞물림으로 구동되는 치형 벨트(타이밍 벨트)로 나뉘며 전동 원리와 미끄럼 정도가 서로 다르다. 벨트 거는 방식은 평행걸기인 바로 걸기와 십자걸기인 엇걸기로 나뉘는데, 어느 쪽을 택하느냐에 따라 두 풀리가 도는 방향 관계가 달라진다. 벨트 길이는 벨트바퀴에 감긴 원호 부분과 직선 부분의 합으로 구한다.

평벨트는 과부하 때 미끄러져 안전장치 역할을 하지만 정확한 속도비를 얻기 어렵다. 그러므로 정확한 속도비가 필요하면 미끄럼이 적은 전동 방식을 고르고, 과부하 보호가 필요하면 미끄럼이 생기는 평벨트를 고르는 식으로 설계 목적에 맞추어 방식을 택한다.

벨트가 전달하는 힘은 결국 마찰력에 의존하므로 접촉 상태와 벨트가 풀리를 감아 도는 각도가 중요하다. 특히 작은 풀리에 감긴 접촉각은 전달할 수 있는 힘의 크기와 직결되므로, 이 각이 무엇으로 정해지는지를 정확히 구분해야 한다.

자세히

치형 맞물림 전동과 마찰 전동

안쪽에 톱니가 있어 풀리와 맞물려 미끄럼 없이 동력을 전달하는 벨트는 타이밍 벨트이다. 마찰로 힘을 전하는 벨트와 달리 톱니와 이의 물림으로 구동되므로 벨트와 풀리 사이에 슬립이 생기는 경로가 없다.

맞물림으로 전동하면 미끄럼이 없으므로 정확한 회전비를 얻을 수 있다. 회전비가 정확하다는 것은 두 풀리의 회전 속도비가 지름의 역비와 어긋나지 않는다는 뜻이며, 마찰 전동에서 이 비가 흔들리는 것과 대비된다. 미끄럼 없이 정확한 회전비

맞물림 전동은 초기 장력이 작아 베어링에 작용하는 하중을 작게 할 수 있다. 두 방식을 나란히 놓으면 구동 원리, 미끄럼, 초기 장력의 조건이 다르므로 다음 표로 구분해 둔다.

V벨트의 쐐기 작용

V벨트는 단면이 V자형이고 같은 형태의 홈을 가진 벨트바퀴와 함께 쓰인다. 벨트 측면이 홈면에 끼이는 쐐기 작용이 생기므로 벨트와 홈면 사이의 마찰력이 커지고, 그 결과 비교적 작은 장력으로도 큰 회전력을 전달할 수 있다. 쐐기 작용은 벨트가 홈에 끼여 눌리는 힘이 더해지는 것이므로, 면이 단순히 맞닿는 평벨트와 구분해 기억한다.

V벨트는 쐐기 작용으로 홈에 끼여 미끄럼이 적고 속도비를 크게 할 수 있다. V벨트는 접촉 면적이 넓어 큰 동력을 전달할 수 있다. 접촉 면적이 넓어 큰 동력 이어서 V벨트 전동은 평벨트 전동에 비해 운전이 조용하다.

이 세 특성은 모두 같은 쐐기 작용에서 출발하므로 한 원리로 묶어 기억하는 편이 낫다.