What Is a Rigid Coupling? Definition, Function, and Design

리지드 커플링이란 무엇입니까?

A 고정식 커플링 두 개의 샤프트를 단일 연속 샤프트처럼 작동하는 기계식 커넥터입니다. , 정렬 불량, 축 이동 또는 충격을 흡수하기 위해 내장된 플렉스 없이 직접 토크를 전달합니다. 유연한 커플링은 샤프트 사이의 작은 위치 오류를 수용하기 위해 탄성 요소나 얇은 금속 디스크를 사용합니다. 대신 고정식 커플링은 설치가 시작되기 전에 이미 엄격한 공차로 정렬되어 있는 두 개의 연결된 샤프트에 의존합니다.

보상 기능이 설계에 내장되어 있지 않으며 해결되지 않습니다.

회전 기계의 모든 커플링은 한 가지 문제를 해결합니다. 즉, 구동 샤프트(모터 또는 엔진 출력)를 펌프, 기어박스 또는 유사한 기계의 구동 샤프트에 연결하는 것입니다. 고정식 커플링은 내부 전달 없이 토크를 전달하는 견고한 연결을 통해 이 문제를 해결하므로 반경 방향 오프셋, 각도 정렬 불량 또는 샤프트 중심선 사이의 축 플로트를 보상할 수 없습니다. 이러한 제한은 유연한 설계에서 다이어프램이나 엘라스토머 요소가 제공하는 일종의 굴곡에 대한 경로가 없는 고체 또는 거의 고체 섹션으로 가공된 커플링 본체 자체로 거슬러 올라갑니다. 이는 엔지니어가 설치 후 수용할 수 있는 단점이 아니라 부품 제작 방식에 따른 직접적인 구조적 결과입니다.

설치 공차가 결정적인 요소가 됩니다.

커플링 자체는 잘못된 정렬을 전혀 흡수하지 않으므로 설치 중 샤프트 센터링은 펌프 구동계에 대해 일반적으로 참조되는 API 610 정렬 지침에 따라 샤프트 직경 및 회전 속도에 따라 종종 1/1000인치 또는 1밀리미터 단위로 지정되는 엄격한 공차 범위 내에 있어야 합니다. 다이얼 표시기 정렬 또는 레이저 샤프트 정렬 장비는 일반적으로 고정식 커플링이 제자리에 토크로 고정되기 전에 이러한 센터링을 확인합니다. 왜냐하면 수정되지 않은 채로 남겨진 작은 각도 오프셋이라도 샤프트가 하중을 받아 회전하기 시작하면 곧바로 베어링 하중과 진동으로 전달되기 때문입니다.

높은 강성으로 지연 없이 토크 전달 가능

유연성을 제거하는 동일한 견고한 구조는 고정식 커플링의 주요 작업 이점인 비틀림 강성을 제공합니다. 드라이버 샤프트에 적용된 토크는 본질적으로 사이에 탄성 와인드업이나 백래시 없이 구동 샤프트에 도달합니다. 이는 샤프트 사이의 정확한 타이밍이 필요한 경우에 중요한 특성입니다. 동기화된 다중 샤프트 드라이브 또는 입력과 출력 사이의 회전 지연으로 인해 보정이 중단되는 위치 지정 장비입니다. 이에 비해 고무 요소를 중심으로 제작된 유연한 커플링은 토크를 완전히 전달하기 전에 엘라스토머가 압축됨에 따라 부하 시 측정 가능한 비틀림 감김 정도를 보여줍니다. 이는 일반적인 동력 전달에서는 무시할 수 있지만 엔지니어가 직접 지정하는 정밀 모션 제어에서는 충분히 관련이 있습니다.

버퍼링이 없기 때문에 충격 민감도가 디자인 문제가 됩니다.

갑작스러운 토크 스파이크를 흡수하는 탄성 또는 유연한 요소가 없는 고정식 커플링은 충격 하중을 연결된 구성 요소에 직접 전달합니다. 즉, 기어, 베어링 및 샤프트 시트는 에너지의 일부가 커플링 자체 내부에서 소산되는 대신 갑작스러운 하중 변화의 모든 힘을 각각 받습니다. 이러한 특성으로 인해 고정식 커플링은 충격 부하가 가끔 발생하는 것이 아니라 일상적인 특정 컨베이어 또는 분쇄기 드라이브와 같이 빈번한 시작, 정지 또는 역방향 부하가 있는 장비에 적합하지 않습니다. 예를 들어 장축 펌프 드라이브 또는 정밀하게 정렬된 공작 기계 스핀들과 같이 시작 토크 변화가 최소화된 꾸준한 연속 부하 응용 분야에서는 버퍼링 부족이 가장 중요하지 않습니다. 왜냐하면 작동 조건에서 유연한 커플링이 흡수해야 하는 종류의 충격이 거의 발생하지 않기 때문입니다.

플랜지 및 클램프 설계는 두 가지 일반적인 고정식 커플링 유형을 포괄합니다.

플랜지 커플링은 두 개의 별도 허브 부분을 사용하며 각각은 두 개의 샤프트 끝 중 하나에 키가 있거나 압입식으로 끼워져 있으며 일치하는 플랜지 패턴을 통해 서로 마주보게 볼트로 고정되어 있습니다. 연결 볼트를 제거하면 커플링을 양쪽 샤프트에서 축 방향으로 밀어낼 필요 없이 두 개의 샤프트 섹션이 깔끔하게 분리되기 때문에 이러한 구조에서는 유지 관리 중에 간단한 분해가 가능합니다. 이는 분해 중 축 방향 샤프트 이동이 옵션이 아닌 장비에 실질적인 이점이 됩니다.

분할 커플링이라고도 하는 클램프 커플링은 길이를 따라 분할된 단일 원통형 슬리브를 사용하여 슬리브 내부에서 만나는 양쪽 샤프트 끝 주위를 클램핑합니다. 클램프 볼트를 조이면 슬리브가 양쪽 샤프트에 동시에 압축되어 제조업체가 지정한 토크 요구 사항 및 샤프트 직경에 따라 일부 설계에서는 키홈이 필요하지 않은 견고한 연결이 형성됩니다. 플랜지 커플링은 샤프트를 축 방향으로 이동하지 않고 분해해야 하는 상황에 적합한 반면, 클램프 커플링은 설치 또는 제거 중에 샤프트가 단순히 축 방향으로 이동할 수 없는 경우에 더 잘 맞습니다. 두 디자인 모두 일단 설치된 오정렬을 보상하지 않고 설치 전 정렬 작업이 어느 쪽이든 동일한 무게를 지탱하기 때문에 어느 쪽을 선택하든 기본 요구 사항은 동일합니다.

견고한 커플링이 유연한 커플링보다 더 잘 맞는 경우

고정식 커플링과 유연한 커플링 중에서 선택하는 것은 일반적으로 샤프트 정렬이 장비의 작동 수명 전반에 걸쳐 현실적으로 엄격한 공차를 유지할 수 있는지 여부와 적용 분야가 직접 전달보다는 감쇠가 필요한 진동 또는 충격 부하를 생성하는지 여부에 따라 결정됩니다. 고정식 커플링은 길고 지속적으로 지지되는 샤프트(예를 들어 여러 베어링 지지대를 통과하는 수직 펌프 샤프트)에 맞는 경향이 있습니다. 여기서 샤프트 자체는 커플링에 의존하여 드리프트를 수정하는 대신 길이를 따라 정렬된 상태를 유지하도록 설계되었습니다. 기계 사이의 짧은 샤프트 스팬, 더 빈번한 유지보수 분해 또는 느슨한 공차의 기초 작업은 일반적으로 대신 유연한 커플링 설계로 결정을 내리게 합니다. 왜냐하면 고정식 커플링 수준 정렬을 유지하는 데 드는 지속적인 비용이 해당 특정 설정에서 고정식 설계가 제공하는 강성 이점보다 더 클 수 있기 때문입니다.

실제로 결정은 고정된 규칙보다는 몇 가지 프로젝트 관련 질문을 중심으로 해결되는 경향이 있습니다. 즉, 샤프트 정렬을 장비의 수명 동안 커플링 제조업체의 허용 오차 범위 내에서 검증하고 유지할 수 있는지, 구동계가 빈번한 시작, 정지 또는 커플링이 흡수할 수 없는 충격을 유발할 수 있는 역방향 부하를 경험하는지 여부, 샤프트 사이의 정확한 비틀림 타이밍이 기계 작동 방식에 중요한지 여부, 플랜지 또는 클램프 형상이 향후 유지 관리 중에 커플링을 분리해야 하는 방식에 더 적합한지 여부 등을 중심으로 해결되는 경향이 있습니다. 모든 응용 분야에서 하나의 커플링 유형을 기본값으로 설정하는 대신 특정 드라이브트레인에 대해 이들을 함께 고려하는 것이 견고한 설계가 실제로 장비의 작동 수명 동안 유지되는지 여부를 결정하는 것입니다.