동력을 이용하는 기계에서는 모터나 엔진과 같이 회전에 의한 동력이 많이 사용됩니다. 이러한 회전 운동에 필수적인 것은 축과 베어링과 같은 기계 요소입니다. 이번에는 기계 설계에서도 특히 기초로 취급되는 기계 요소 ‘축, 베어링, 키, 핀’에 대해 설명합니다.
목차
동력의 중심, 축
기계에서 ‘축’이란 회전하는 기계 부품의 중심이 되는 막대 모양의 부품을 말합니다. 기본적으로, 회전하는 부품의 중심에 있는 기계 요소라고 생각해 두면 좋을 것입니다.
축은 스스로 회전하여 동력을 전달하는 ‘회전축’과 스스로 회전하지 않고 회전하는 것을 지지하는 ‘고정축’으로 나뉩니다. 또 자동차나 전철의 차량에 있어서 좌우의 바퀴를 연결하는 것을 「차축」으로 구별하기도 합니다.
축은 똑바른 “진직축”이 가장 흔합니다. 「크랭크축」은, 축의 중심이 구부러져 있는 축으로, 왕복 운동을 원 운동으로 바꾸거나 원 운동을 왕복 운동으로 바꾸거나 하는데 사용됩니다. 주로 자동차 엔진 등에 사용됩니다.
회전축에는 동력을 전달할 때 축을 나사 절단하는 힘(토크)이 걸립니다. 또한 회전축, 고정축, 차축에는 축에 설치된 부품의 무게나 동력 전달에 따른 힘에 의한 축을 구부리는 힘이 걸립니다. 축은 회전의 중심으로 기계의 강도를 결정하는 매우 중요한 부품입니다. 기계 설계를 할 때에는 축에 걸릴 수 있는 힘을 세심하게 밝혀내어 강도를 갖게 하는 설계를 합시다.
축을 지지하는 베어링
베어링은 회전하는 부품과 회전하지 않는 부품을 연결하는 기계 요소입니다. 축받이라고도 합니다. 「축」을 「받는다」라고 하는 이름대로, 축을 올바른 위치에서 받아 매끄럽게 회전시키기 위한 부품입니다.
베어링은 「미끄럼 베어링」과 「구름 베어링」의 2종류로 나눌 수 있습니다.
미끄럼 베어링은 말 그대로 축을 미끄러지는 베어링입니다. 일반적으로는 미끄럼 성이 좋은 금속과 윤활유로 회전을 지지합니다. 구조가 심플하고 큰 힘이나 높은 회전수에도 견딜 수 있어 진동이나 소음이 적은 것이 특징입니다. 따라서 선박과 자동차, 큰 기계 등 다양한 장소에서 사용됩니다. 또 자동차 모형의 장난감처럼 소형이고 큰 힘이 걸리지 않는 것이면 나일론 수지와 같은 미끄러운 수지가 사용되는 경우도 있습니다.
구름 베어링은 베어링의 외주와 내주 사이에 강구나 굴렁쇠를 넣은 베어링입니다. 일반적으로 「베어링」이라고 하면, 이쪽을 상상하는 사람이 많을지도 모릅니다. 마찰의 저항이 매우 적고 가벼운 힘으로 돌릴 수 있는 것이 특징입니다. 장난감으로 화제가 된 핸드 스피너도 굴림축 받침이 활용되고 있습니다. 규격화 되어 다양한 사이즈가 시판되고 있기 때문에, 입수하기 쉬운 것도 장점입니다. 그러나 회전 시 소음이 발생하기 쉽다는 점과 내부의 구와 롤러가 피로하기 쉬운 등의 단점도 있습니다.
축과 부품을 고정하는 키와 핀
키란 회전축과 기어를 고정할 때 등에 사용되는 기계요소 입니다. 기어의 예에서는 축에 잘린 홈과 기어의 축을 통과하는 구멍에 잘린 홈에 끼워져 각각의 회전이 어긋나지 않도록 고정합니다. 눈에 띄는 기계 요소는 아니지만 동력 전달에 매우 중요한 역할을 합니다.
핀은 축이나 나사의 풀림 방지 등에 사용되는 부품입니다. 보조적인 역할을 가진 기계요소입니다만 안전이나 메인터넌스를 위해서 빠뜨릴 수 없는 부품입니다. 특히 분할 핀은 너트의 풀림 방지로 많이 볼 수 있습니다.
요약
축과 베어링은 회전 운동을 하는 기계의 구동부에 빼놓을 수 없는 기계 요소입니다. 큰 것에서 매우 많은 장면에서 사용됩니다. 한편, 키와 핀은 다른 기계 요소를 고정하기 위해 사용됩니다. 각 요소의 기능을 알고 기계 설계에 활용합시다.
