전동축의 계산

1. 축 (Shaft)
축이란 그 중심선 주위를 회전하는 환봉을 말하며, 주로 회전운동에 의하여 동력을 전달하는 것이다.
축을 작용하는 하중에 따라 분류하면 다음의 3 종류가 있다.
1) 굽힘 작용을 받는 축
  베어링으로 지지된 저널(journal)이나, 차축 등으로 회전축과 정지 축이 있다.
2) 비틀림 작용을 받는 축 : 전동축
3)굽힘, 비틀림, 인장, 압축 등의 동시에 2개 이상 받는 축
  - 고강도와 변형량이 적게 요구되는 고정밀도, 내마멸성이 요구되는 공작기계 주축
  - 선박의 프로펠러 축, 윈치의 드럼 축, 크랭크축

2. 축의 설계 주요사항
1) 강도(Strength)
  주어진 운전조건과 하중조건에서 파손되지 않는 조건
2) 강성 (Stiffness)
  처짐(Deflection)과 비틀림이 한도 내에 있기 위한 조건
3) 진동(Vibration)
  굽힘 또는 비틀림 드의 진동이 축의 고유 진동과 공진을 일으키지 않는 조건.
  위험 속도(Critical Speed) 부터 25% 이상 떨어진 상태에서 사용할 수 있도록 하는 조건.

3. 전동축의 모멘트
3.1 비틀림 모멘트 (Torque)

T : 비틀림 모멘트(N·m), Hkw : 전동 동력 (kw) , N (rpm) : 분당 회전수
예)전동 동력 : 1.0 kw , N = 1000 rpm ⇨ T = 9.55 Nm = 97.4 kgf·cm
  전동 동력 : 3.7 kw , N = 1000 rpm ⇨ T = 35.34 Nm = 360.6 kgf·cm

T : 비틀림 모멘트(/span>, N (rpm): 분당 회전수 , HP : 전동 마력

3.2 합성상당 모멘트
비틀림 모멘트와 굽힘 모멘트가 동시에 작용하는 경우에는 굽힘 모멘트 또는 비틀림 모멘트가
단독으로 작용하는 것으로 환산할 수 있다.
1) 합성상당 굽힘 모멘트
2) 합성상당 비틀림 모멘트

3.4 변동하중이 작용하는 경우는 동적 효과 계수를 사용한다.
동적 효과 계수 Cm, Ct

1) 비틀림 모멘트   Tc = Ct ·T , Mc = Cm · M

2) 굽힘 모멘트    Mc = Cm · M

3)합성상당 비틀림 모멘트

4) 합성당 비틀림 모멘트

4. 허용 비틀림 ( fs )
4.1 ☞ 피로한도 (Endurance Limit)에서
  S_e = C_surf · C_rel · C_temp · C_size · (1 / K_fat) · S_f
4.2 허용 비틀림 응력
  f_s = S_e

5. 축경 계산
  적용 축경은 아래 계산 식의 축경 이상으로 한다.
5.1 비틀림 응력에 대한 축경
5.2 비틀림 각에 의한 축경
  길이가 긴 축에서는 비틀림 모멘트로 응력을 계산하지 않고 비틀림 각을 제한하여 계산한다.
1)단위 비틀림 각 계산
보통 길이 1 m 에 대하여 최대 0.25 ˚


2) G : ☞ 전단탄성계수

6. 기타 참고
6.1 실축과 같은 강도인 중실축의 비교 do : 중실축의 내경 , d1 : 중실축의 내경 , d : 실축의 내경
6.2 베어링 사이의 거리 (Unwin 실험식)
L (cm): 베어링 간의 거리 , d (cm): 축경
상수 K 값

6.3 일반적인 축의 처짐 기준치