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커플링 (부품)

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목차

1. 개요

커플링(부품)은 회전 장치에서 동력을 전달하거나 축의 불일치를 보정하는 기계 부품이다. 커플링은 충격 하중 감소, 진동 특성 변경, 과부하 시 장비 보호, 기계 장치 안전을 위한 보호 기능 추가 등 다양한 용도로 사용되며, 동력 전달, 안전 기능, 유지 보수 용이성, 진동 감쇠, 축 정렬 보상 등의 역할을 수행한다. 커플링은 부시 핀 플랜지 커플링, 등속 커플링, 클램프 커플링, 다이어프램 커플링, 디스크 커플링, 탄성 커플링, 플렉시블 커플링, 유체 커플링, 기어 커플링, 가이슬링거 커플링, 자이보 커플링, 그리드 커플링, 고탄성 커플링, 히르트 조인트, 유체역학 커플링, 조 커플링, 자기 커플링, 올덤 커플링, 래그 조인트, 리짓 커플링, 슈미트 커플링, 슬리브 커플링, 테이퍼드 샤프트 록, 트윈 스프링 커플링, 유니버셜 조인트 등 다양한 종류가 있다. 이음매 기술, 유지 보수, 균형, 제조사 등에 대한 정보도 제공된다.

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커플링 (부품)
개요
축을 따라 정렬된 두 샤프트에 연결된 커플링
축을 따라 정렬된 두 샤프트에 연결된 커플링
유형기계 부품
상세 정보
목적동력 전달
축 정렬 오차 보정
진동 감쇠
과부하 보호
기능두 개의 회전축을 연결하여 동력을 전달하는 기계 부품
특징다양한 유형 존재 (고정식, 유연식, 유체식, 자기식 등)
축 방향, 각도 방향, 평행 방향 오차 보정 가능
진동 및 충격 흡수
과부하 시 기계 보호
고려 사항전달 토크
회전 속도
축 정렬 오차
진동 조건
작동 환경
유지 보수
유형별 상세 정보
고정 커플링특징: 높은 강성, 축 정렬 오차 허용 X
종류: 슬리브 커플링, 플랜지 커플링, 리지드 커플링
용도: 정밀한 축 정렬이 가능한 고정밀 장비
유연 커플링특징: 축 정렬 오차 허용 O, 진동 감쇠
종류: 기어 커플링, 올덤 커플링, 벨로우즈 커플링, 조 커플링, 탄성 커플링
용도: 일반적인 산업 기계, 펌프, 컴프레서
유체 커플링특징: 유체를 이용하여 동력 전달, 부드러운 작동, 과부하 보호
용도: 컨베이어, 크레인, 대형 산업 기계
자기 커플링특징: 자력을 이용하여 동력 전달, 비접촉식, 밀폐 환경
용도: 화학 펌프, 식품 기계, 고청정 환경
기타 커플링체인 커플링
그리드 커플링
디스크 커플링
추가 정보
관련 표준ISO 10441
API 671
응용 분야펌프
팬
압축기
컨베이어 벨트
모터
발전기
철도 차량
선박
자동차
항공기
로봇
공작 기계
광업 장비
건설 장비
농업 기계

2. 용도

샤프트 커플링은 기계에서 다양한 목적으로 사용된다. 주요 기능은 한 축에서 다른 축으로 동력을 전달하는 것이다. 그 외 일반적인 용도는 다음과 같다.


  • 회전 장치의 진동 특성 변경
  • 구동축과 피동축 연결
  • 기계 보호 (예: 충격 하중 감소, 과부하 시 슬립)

2. 1. 동력 전달

샤프트 커플링의 주요 기능은 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 동력을 전달하는 것이다. 예를 들어, 모터가 커플링을 통해 펌프로 동력을 전달하는 경우가 이에 해당한다.

2. 2. 진동 특성 변경

커플링은 기계 장치에서 다양한 목적으로 활용되는데, 그중 하나는 회전하는 장치의 진동 특성을 변경하는 것이다.

2. 3. 구동부와 피동부 연결

샤프트 커플링은 기계에서 구동부와 피동부를 연결하여 한쪽 샤프트의 동력을 다른 쪽으로 전달하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 모터와 같은 구동 장치에서 발생한 회전력을 커플링을 통해 펌프와 같은 피동 장치로 전달하는 경우가 대표적이다. 이를 통해 기계 시스템 전체가 원활하게 작동하도록 돕는다.

2. 4. 보호 기능 추가

샤프트 커플링은 기계 장치에 보호 기능을 추가하는 목적으로도 활용된다.[1] 구체적으로는 한 샤프트에서 다른 샤프트로 전달되는 충격 하중을 감소시켜 기계의 다른 부품을 보호하는 역할을 할 수 있다.[1] 또한, 과부하가 발생했을 때 커플링 자체가 미끄러지면서(슬립) 동력 전달을 차단하여 구동부나 피동부의 손상을 방지하는 기능도 수행한다.[1]

2. 5. 충격 하중 감소

샤프트 커플링의 주요 용도 중 하나는 한 샤프트에서 다른 샤프트로 전달되는 충격 하중을 줄이는 것이다.

2. 6. 과부하 시 슬립

커플링의 중요한 기능 중 하나는 기계 작동 중 과부하가 발생했을 때 의도적으로 슬립(미끄러짐)을 일으키는 것이다. 이러한 슬립 현상은 동력 전달을 일시적으로 차단하거나 감소시켜, 연결된 모터나 펌프 등의 장비가 과도한 힘으로 인해 손상되는 것을 방지하는 보호 역할을 수행한다.

3. 종류

커플링은 동력을 전달하고 두 축을 연결하는 기계 요소로, 사용 목적과 요구 조건에 따라 다양한 종류가 있다. 크게 축 정렬 상태에 따라 강성 커플링(Rigid Coupling)과 유연 커플링(Flexible Coupling)으로 나눌 수 있다.


  • '''강성 커플링'''은 두 축이 정확하게 정렬된 상태에서 사용되며, 축 사이의 움직임을 허용하지 않는다. 대표적인 종류로는 슬리브 커플링, 클램프 커플링, 플랜지 커플링 등이 있다.

  • '''유연 커플링'''은 두 축 사이에 약간의 정렬 불량(각도, 평행, 축 방향)이 있거나 진동 흡수가 필요할 때 사용된다. 유연 커플링은 구조와 작동 방식에 따라 매우 다양하며, 주요 종류는 다음과 같다.
  • 빔 커플링 (헬리컬 커플링)
  • 부시 핀 플랜지 커플링
  • 등속 커플링 (CV 커플링)
  • 다이어프램 커플링
  • 디스크 커플링
  • 탄성 커플링
  • 플렉시블 커플링 (일반적인 유연 커플링을 통칭하기도 함)
  • 유체 커플링 및 유체역학 커플링
  • 기어 커플링
  • 그리드 커플링
  • 고탄성 커플링
  • 히르트 조인트
  • 조 커플링 (스파이더 커플링)
  • 자기 커플링
  • 올덤 커플링
  • 래그 조인트 (기우보)
  • 슈미트 커플링
  • 테이퍼드 샤프트 록
  • 트윈 스프링 커플링
  • 유니버셜 조인트


특수한 형태의 커플링으로는 가이슬링거 커플링이나 자이보 커플링 등이 있으며, 이는 별도의 문서에서 자세히 다룬다. 각 커플링의 구체적인 구조, 특징, 장단점 등은 아래의 해당 하위 섹션에서 상세히 설명한다.

3. 1. 빔 커플링 (헬리컬 커플링)

빔 커플링


빔 커플링은 헬리컬 커플링이라고도 불린다. 두 개의 샤프트 사이에서 토크를 전달하는 동시에, 한 샤프트가 다른 샤프트에 대해 각도의 불일치, 평행 방향의 오프셋, 축 방향의 이동을 허용하는 유연한 커플링이다. 이 커플링은 단일 재료를 나선형 경로를 따라 깎아내어 유연성을 확보하며, 이 과정에서 헬리컬 모양의 곡선형 빔이 만들어진다.

하나의 재료로 만들어지기 때문에, 여러 부품으로 구성된 일부 커플링에서 나타나는 백래시가 발생하지 않는 장점이 있다. 또한, 가공을 통해 만들어지는 모든 커플링처럼 단일 부품의 형태를 유지하면서도 필요한 기능을 통합할 수 있다.

헬리컬 빔의 리드(나사의 한 바퀴 회전 시 축 방향 이동 거리)를 조절하면 토크 전달 용량이나 비틀림 강성 같은 성능 특성과 함께, 샤프트 간의 불일치를 수용하는 능력도 변경할 수 있다. 하나의 나선 구조 내에 여러 개의 시작점을 두는 것도 가능하다.

빔 커플링 제작에 사용되는 재료는 성능뿐만 아니라 식품, 의료, 항공 우주 등 특정 분야에서의 사용 적합성에도 영향을 미친다. 주로 알루미늄 합금이나 스테인리스강이 사용되지만, 아세탈, 마레이징강, 티타늄 등으로도 제작될 수 있다. 가장 흔하게 사용되는 분야는 로터리 엔코더를 샤프트에 부착하거나 로봇 공학의 모션 제어 분야이다.

빔 커플링은 산업 분야에 따라 유연 커플링, 유연 빔 커플링, 유연 샤프트 커플링, 플렉셔, 헬리컬 커플링, 샤프트 커플링 등 다양한 이름으로 불리기도 한다.

회전하는 두 샤프트를 연결하는 데 유연 빔 커플링을 사용하는 주된 이점은 진동과 반력 하중을 줄여 기계의 전반적인 마모를 감소시키고 장비의 수명을 연장하는 데 도움을 준다는 점이다.

3. 2. 부시 핀 플랜지 커플링

부시 핀 플랜지 커플링은 두 샤프트의 정렬이 약간 어긋난 경우에 사용되는 커플링의 한 종류이다. 이는 보호형 플랜지 커플링을 변형한 형태로, 핀과 함께 고무나 가죽으로 만들어진 부시(bushing)를 사용하는 것이 특징이다.

구조적으로는 서로 다른 모양의 두 반쪽 플랜지로 이루어져 있다. 핀은 한쪽 플랜지에는 너트로 단단히 고정되고, 다른 쪽 플랜지에는 비교적 헐겁게 연결된다. 이러한 구조 덕분에 약간의 평행 정렬 불량, 각도 정렬 불량, 축 방향 정렬 불량이 있는 샤프트를 연결할 수 있다.

작동 중 발생하는 충격과 진동은 고무 부시가 흡수하는 역할을 한다. 이러한 특성 때문에 주로 전기 모터와 다른 기계를 연결하는 데 많이 사용된다.

3. 3. 등속 커플링

등속 커플링(CV 커플링)에는 다양한 종류가 있으며, 대표적인 예로는 Rzeppa 조인트, 더블 카단 조인트, 그리고 톰슨 커플링 등이 있다.

3. 4. 클램프 또는 스플릿 머프 커플링

이 커플링에서 머프 또는 슬리브는 주철로 만들어진 두 개의 반쪽 부분으로 구성되며, 연강 스터드 또는 볼트를 사용하여 서로 연결된다. 클램프 커플링의 주요 장점은 샤프트의 위치를 변경하지 않고도 커플링을 조립하거나 분해할 수 있다는 점이다. 이 커플링은 중간 정도의 속도에서 높은 동력을 전달해야 하는 경우에 사용된다.

3. 5. 다이어프램 커플링

다이어프램 커플링은 플렉시블 플레이트를 이용하여 토크를 전달하는 방식의 커플링이다. 토크는 플렉시블 플레이트의 바깥 지름에서 안쪽 지름으로 전달되고, 스풀 또는 스페이서 부품을 거쳐 다시 안쪽에서 바깥쪽 지름으로 전달된다. 이 과정에서 플레이트 또는 여러 플레이트가 안쪽 지름(I.D.)에서 바깥쪽 지름(O.D.)까지 변형되면서 정렬 불량 문제를 해결한다.

3. 6. 디스크 커플링

디스크 커플링은 공통된 볼트 원에서 접선 방향으로 구동 볼트에서 피동 볼트로 토크를 전달한다. 토크는 여러 개의 얇은 스테인리스 스틸 디스크를 팩으로 조립하여 볼트 사이에서 전달된다. 정렬 불량은 볼트 사이의 디스크 재료가 변형되면서 해결된다.

3. 7. 탄성 커플링

탄성 커플링 (윈드서핑 세일 장비를 보드에 연결하기 위한 용도)


탄성 커플링은 탄성 부품을 사용하여 토크 또는 기타 하중을 전달한다. 대표적인 예로는 윈드서핑 장비(세일, 마스트 및 구성 요소)를 세일보드에 연결하는 데 사용되는 커플링이 있다.[2] 윈드서핑 용어로는 흔히 "유니버설 조인트"라고 불리지만, 현대의 디자인은 강력하고 유연한 재료를 기반으로 하므로 기술적으로는 탄성 커플링으로 보는 것이 더 정확하다. 이 커플링은 힘줄(tendon) 모양이나 모래시계(hourglass) 모양일 수 있으며, 강하고 내구성이 좋은 탄성 재료로 만들어진다. 이 경우 커플링은 토크를 전달하는 대신 세일의 동력을 보드에 전달하여 추력을 만드는 역할을 한다(세일 동력의 일부는 라이더의 몸을 통해서도 전달된다).

3. 8. 플렉시블 커플링

플렉시블 커플링은 일반적으로 두 샤프트가 약간 정렬되지 않은 경우 한 샤프트에서 다른 샤프트로 토크를 전달하는 데 사용된다. 최대 1.5°까지 다양한 정도의 정렬 불량과 약간의 평행 정렬 불량을 수용할 수 있다. 또한 진동 감쇠 또는 소음 감소에도 사용될 수 있다. 회전 샤프트 응용 분야에서 플렉시블 커플링은 정렬 불량 샤프트, 진동, 충격 하중, 샤프트 또는 기타 부품의 열팽창과 같은 조건의 유해한 영향으로부터 구동 및 피동 샤프트 구성 요소(예: 베어링)를 보호할 수 있다.

플렉시블 커플링은 크게 금속형과 탄성 중합체형 두 가지 기본 그룹으로 나눌 수 있다.

  • 금속형: 서로 구르거나 미끄러지는 자유롭게 장착된 부품을 사용하거나, 정렬 불량을 흡수하기 위해 구부러지는 비이동 부품을 사용하는 방식이다.
  • 탄성 중합체형: 금속 허브 사이에서 토크를 전달하는 탄성, 비이동, 탄성 중합체 또는 플라스틱 요소를 통해 유연성을 얻는 방식이다.

3. 9. 유체 커플링

유체를 매개로 동력을 전달하는 커플링이다.

3. 10. 기어 커플링

'''기어 커플링'''은 일직선상에 있지 않은 두 개의 샤프트 사이에 토크를 전달하는 기계 장치이다. 각 샤프트에 고정된 유연 조인트로 구성되며, 두 조인트는 스핀들이라고 불리는 세 번째 샤프트로 연결된다.

각 조인트는 1:1 기어비의 내부 기어와 외부 기어 쌍으로 이루어진다. 외부 기어의 잇면과 외경은 크라운 처리되어 있어 두 기어 사이에 각 변위가 가능하도록 한다. 기계적으로 보면, 이 기어들은 수정된 프로파일을 가진 회전 스플라인과 동일하다. 치아가 비교적 크기 때문에 기어라고 불린다.

기어 커플링과 유니버셜 조인트는 비슷한 용도로 사용된다. 기어 커플링은 같은 공간에 설치될 경우 유니버셜 조인트보다 더 높은 토크 밀도를 가지는 장점이 있다. 반면, 유니버셜 조인트는 진동이 더 적게 발생하는 경향이 있다. 유니버셜 조인트의 토크 밀도가 제한되는 이유는 크로스와 요크의 단면이 제한적이기 때문이다. 기어 커플링의 기어 이빨은 각도 불일치를 허용하기 위해 높은 백래시를 가지는데, 이 과도한 백래시가 진동의 원인이 될 수 있다.

기어 커플링은 일반적으로 연결된 샤프트 축에 대한 스핀들 각도 기준으로 4°–5°의 각도 불일치를 허용하도록 제한된다. 유니버셜 조인트는 이보다 더 큰 각도 불일치를 처리할 수 있다.

단일 조인트 기어 커플링은 두 개의 명목상 동축인 샤프트를 연결하는 데 사용되기도 한다. 이 경우, 이 장치는 기어 타입 플렉시블 또는 플렉시블 커플링이라고 불린다. 단일 조인트는 설치 오류나 작동 중 발생하는 샤프트 정렬 변화와 같은 사소한 불일치를 허용한다. 이러한 유형의 기어 커플링은 일반적으로 1/4°–1/2° 정도의 각도 불일치로 제한된다.

3. 11. 가이슬링거 커플링

자세한 내용은 가이슬링거 커플링 문서를 참고하라.

3. 12. 자이보 커플링

자세한 내용은 자이보 문서를 참고하라.

3. 13. 그리드 커플링

그리드 커플링은 두 개의 샤프트 허브, 금속 그리드 스프링, 그리고 분할 커버 키트로 구성된다. 토크는 금속 그리드 스프링 요소를 통해 두 커플링 샤프트 허브 사이에서 전달된다.

금속 기어 및 디스크 커플링과 마찬가지로, 그리드 커플링은 높은 토크 밀도를 가진다. 그리드 커플링의 장점은 기어 또는 디스크 커플링과 비교했을 때, 그리드 커플링의 스프링 요소가 피크 부하 충격 에너지를 흡수하고 시간에 걸쳐 분산시킬 수 있다는 점이다. 이는 피크 부하의 크기를 줄여주며, 어느 정도의 진동 감쇠 기능도 제공한다. 그러나 그리드 커플링 설계의 단점은 일반적으로 정렬 불량을 수용하는 능력이 매우 제한적이라는 것이다.[3]

3. 14. 고탄성 커플링

고탄성 커플링


고탄성 커플링은 공진 또는 비틀림 진동이 문제가 될 수 있는 경우에 설치된다. 이 커플링은 비틀림 진동 문제를 제거하고 충격 영향을 균형 있게 유지하도록 설계되었다.

이 커플링은 시스템에서 높은 수준의 비틀림 유연성과 정렬 불량 용량이 필요한 설치에 사용된다. 이러한 유형의 커플링은 비틀림 진동을 효과적으로 감쇠시키고 높은 변위 용량을 제공하여 구동 장치를 보호한다. 고탄성 탄성 커플링의 설계는 조립을 더 쉽게 만든다. 이러한 커플링은 또한 샤프트 변위(반경 방향, 축 방향 및 각도)를 보상하며 토크는 전단으로 전달된다.[4] 커플링의 크기와 강성에 따라 유연한 부분은 단열 또는 다열일 수 있다.[5]

3. 15. 히르트 조인트

히르트 조인트는 토크를 전달하기 위해 두 샤프트 끝 부분에 테이퍼진 이빨을 사용하여 맞물리게 한다.

3. 16. 유체역학 커플링

유체역학을 이용하는 커플링으로는 유체 커플링과 토크 컨버터가 대표적이다.

3. 17. 조 커플링

조 커플링은 스파이더 커플링 또는 러브조이 커플링이라고도 한다.

3. 18. 자기 커플링

자기 커플링은 자기력을 사용하여 접촉 없이 한 축에서 다른 축으로 동력을 전달한다. 이는 완전한 매체 분리를 가능하게 한다. 두 영역을 밀폐하여 분리하면서도 기계적 동력을 계속 전달할 수 있으므로, 교차 오염 방지가 필수적인 응용 분야에 이 커플링이 이상적이다.

3. 19. 올덤 커플링

'''올덤 커플링'''은 세 개의 디스크로 구성된다. 하나는 입력축에, 다른 하나는 출력축에 연결되며, 가운데 디스크는 장부이음 방식으로 앞의 두 디스크와 연결된다. 한쪽의 장부이음은 다른 쪽 장부이음과 서로 수직을 이룬다. 가운데 디스크는 입력축 및 출력축과 동일한 속도로 회전하며, 그 중심은 입력축과 출력축 사이 중간 지점을 중심으로 회전할 때마다 두 번씩 원형 궤적을 그린다. 때때로 스프링을 사용하여 장치의 백래시를 줄이기도 한다. 유니버셜 조인트 두 개를 사용하는 방식과 비교했을 때, 올덤 커플링은 크기가 작다는 장점이 있다. 이 커플링은 1821년 아일랜드의 기술자 존 올덤이 외륜선 설계의 문제점을 해결하기 위해 발명했으며, 그의 이름을 따서 명명되었다.

3. 20. 래그 조인트

래그 조인트는 자동차 스티어링 링키지와 구동계통에 일반적으로 사용된다. 구동계통에 사용될 때는 때때로 기우보라고도 한다.

3. 21. 리짓 커플링

리짓 커플링은 샤프트의 정확한 정렬이 요구될 때 사용된다. 리짓 커플링은 정렬 불량을 보상할 수 없기 때문에 샤프트 정렬 불량은 커플링의 성능과 수명에 영향을 미친다. 이로 인해 적용 분야가 제한적이며, 일반적으로 수직 구동 장치와 관련된 응용 분야에 사용된다.

리짓 커플링에는 다음과 같은 종류가 있다.

  • '''클램프 또는 압축 리짓 커플링''': 두 부분으로 구성되며 샤프트 주위에 함께 장착되어 슬리브를 형성한다. 슬리브 모델보다 더 많은 유연성을 제공하며 제자리에 고정된 샤프트에 사용할 수 있다. 일반적으로 나사가 커플링을 통과하여 두 번째 부분에 삽입되어 안전하게 고정할 수 있을 만큼 크다.
  • '''플랜지 리짓 커플링''': 무거운 하중 또는 산업 장비를 위해 설계되었다. 수직 플랜지로 둘러싸인 짧은 슬리브로 구성된다. 각 샤프트에 하나의 커플링을 배치하여 두 플랜지가 서로 마주보도록 정렬한다. 일련의 나사 또는 볼트를 플랜지에 설치하여 함께 고정할 수 있다. 크기와 내구성으로 인해 플랜지 유닛은 샤프트가 연결되기 전에 정렬하는 데 사용할 수 있다.

3. 22. 슈미트 커플링

(내용 없음)

3. 23. 슬리브, 박스 또는 머프 커플링

슬리브 커플링은 연결하려는 샤프트의 크기에 맞춰 필요한 공차로 안쪽 구멍(보어)이 가공된 파이프로 구성된다. 커플링의 목적에 따라, 키를 사용하여 토크를 전달하기 위한 홈(keyway|키웨이eng)이 안쪽 구멍에 만들어진다. 커플링을 제자리에 고정하기 위해 두 개의 나사 구멍이 있다.

슬리브 커플링은 박스 커플링이라고도 불린다. 이 방식에서는 샤프트 끝단이 서로 맞닿도록 결합되고, muff|머프eng 또는 sleeve|슬리브eng라고 불리는 부품으로 감싸진다.

Gib head sunk key|깁 헤드 생크 키eng는 두 개의 샤프트와 슬리브를 함께 고정하는 데 사용되며, 이는 가장 간단한 유형의 커플링이다. 이 방식은 주철로 만들어지며 설계 및 제조가 매우 간단하다. 내부 지름이 샤프트의 지름과 동일한 속이 빈 파이프로 구성된다.

이 속이 빈 파이프는 taper sunk key|테이퍼 싱크 키eng를 사용하여 두 개 이상의 샤프트 끝단 위에 장착된다. 키와 슬리브는 한 샤프트에서 다른 샤프트로 동력을 전달하는 역할을 한다.

3. 24. 테이퍼드 샤프트 록

테이퍼드 록은 키 없이 샤프트를 고정하는 장치의 일종으로, 샤프트에서 재료를 제거할 필요가 없다.[6] 기본 아이디어는 클램프 커플링과 유사하지만 회전 모멘트는 샤프트의 중심에 더 가깝다.[7] 기존의 평행 키에 대한 대체 커플링 장치인 테이퍼드 록은 닳은 키 홈으로 인한 유격의 가능성을 제거한다.[8][9][10] 키를 사용하는 것보다 더 견고하며, 유지 보수에 하나의 도구만 필요하고 자체 중심 균형 회전으로 인해 키 연결부보다 오래 지속되지만, 단점은 비용이 더 많이 든다는 것이다.[11]

3. 25. 트윈 스프링 커플링

두 개의 반대 방향으로 감긴 스프링과 중앙에 볼 베어링이 있는 유연 커플링이다. 입력축에서 출력축으로 토크를 전달할 수 있으며, 내부 부품이 없어 윤활 없이 지속적으로 작동하는 특징을 가진다.[12]

3. 26. 유니버셜 조인트

(내용 없음)

4. 금속 가공에서의 이음매

용접 이음, 리벳 이음, 나사 이음.

5. 건축에서의 이음매

건축 분야에서는 신축 이음새와 같은 이음매가 사용된다.

6. 목공에서의 이음매

허리걸이장부이음, 허리걸이낫이음, 쫓아대못이음, 엇걸이, 깎기이음, 십자엇갈이이음, 덧판볼트이음, 금륜이음, 받침장부이음 등이 있다.

7. 파이프 이음매

플랜지 이음, 인롱 이음, 유니온 이음, 커플링, 메커니컬 이음, 스위블 조인트 등이 있다.[14]

7. 1. 유체 이음매

유체 배관에 사용되는 이음은 '''유체 이음'''[14]이라고도 불린다. 대표적인 예로는 플랜지 이음, 인롱 이음, 유니온 이음, 커플링, 메커니컬 이음, 스위블 조인트 등이 있다.

유체 이음은 목적과 형태에 따라 커플링, 피팅(fitting), 루어 록, 또는 단순히 이음, 조인트, 커넥터 등 다양한 이름으로 불린다. 특히, 한 번의 조작으로 쉽게 연결하거나 분리할 수 있는 원터치 타입 이음은 퀵 디스커넥트(quick disconnect), 퀵 커플링(quick coupling), 퀵 이음 등으로 불리기도 하며, 푸시 버튼 방식의 이음은 썸 래치(thumb latch)식으로 불리는 경우도 있다.

대부분의 유체 이음은 연결 부위가 암(female)과 수(male) 형태로 나뉘며, 수컷 부분을 인서트(insert)라고 부르기도 한다. 다양한 종류의 유체 이음매가 있으며, 각각 특정 목적과 환경에 맞게 설계되어 사용된다. (세부 종류는 하위 문단 참고)

7. 1. 1. 브레이크 어웨이 커플링

버튼이나 링 등이 없이, 수컷 측과 암컷 측의 마찰이나 걸림, C 링 등을 이용하여 단순히 잡아당기는 것만으로 착탈이 가능한 커플링이다.

7. 1. 2. 성별이 없는 커플링/커넥터

비대칭성 등을 이용한 암수의 구분이 없는 커플링이다.

7. 1. 3. 논스필 커플링

양측에 밸브가 있는 커플링 중에서, 연결하거나 분리할 때 내부의 액체가 누출되지 않도록 설계된 커플링을 말한다.[14] '논스필(non-spill)'이라는 이름 그대로 액체를 흘리지 않는 특징을 가진다.

7. 1. 4. 하이브리드 커넥터

'''하이브리드 커넥터'''(hybrid connector|하이브리드 커넥터영어): 전기 단자와 유체 커플링을 일체화한 조인트이다.

7. 1. 5. 무균 접속 커넥터

바이오 의약품 제조 과정, 특히 일회용(싱글 유즈) 제조 공정에서 사용되는 무균 접속용 조인트를 말한다. 무균 접속 커넥터에는 두 가지 종류가 있다. 하나는 일반적인 환경에서도 튜브와 튜브를 무균 상태로 연결할 수 있는 조인트이고, 다른 하나는 스테인리스 배관과 유연한 튜브(플렉시블 튜브)를 증기 멸균(오토클레이브) 방식을 이용하여 무균 상태로 연결하는 조인트이다.

7. 1. 6. 무균 탈리 조인트

무균 접속 커넥터와는 반대로, 일반 환경 하에서 무균적으로 분리할 수 있는 커플링이다.

7. 1. 7. 커플링 고착

커플링의 대부분은 O링 등 씰재를 사용하여 기밀을 유지한다. 하지만 장기간 착탈하지 않거나 O링 표면의 윤활제가 없어지는 경우, 커플링 착탈이 매우 어려워지거나 아예 분리되지 않는 상황이 발생할 수 있다. 또한, 밸브가 부착된 커플링의 경우, 밸브가 제자리로 돌아오지 않거나 복귀가 지연되어 유체가 누설되는 사고로 이어질 수도 있다. 이러한 현상을 통틀어 '''고착'''(stuck|스턱eng)이라고 부른다. 고착이라는 단어 때문에 무언가가 물리적으로 굳어서 발생하는 현상으로 생각하기 쉽지만, 반드시 그런 것은 아니며 앞서 언급된 윤활제 손실과 같은 다른 요인에 의해서도 발생할 수 있다.[15][16]

8. 축 이음매

자재 이음매, 휨 이음매, 고정 축 이음매, 유체 이음매, 올덤 이음매 등이 있다.

8. 1. 기어형 축 이음매

연결되는 축에 부착되어 이들과 중심축을 공유하는 두 개의 통(내통, 외통)으로 구성된다. 내통의 바깥쪽 및 외통의 안쪽에 톱니가 새겨져 있어 서로 맞물림으로써 회전을 전달한다. 기어로서의 속도비는 1이며, 변속기로서의 기능은 갖지 않는다. 연결되는 두 축의 중심축이 어긋나 있어도 톱니가 맞물리면 회전을 전달할 수 있다.

9. 유지보수 및 고장

커플링의 안정적인 성능 유지와 수명 연장을 위해서는 정기적인 유지보수가 필수적이다. 여기에는 육안 검사, 마모 및 피로 징후 확인, 청소, 윤활유 점검 및 교체 등이 포함되며, 특히 열악한 환경에서는 더 자주 점검해야 한다. 수행된 유지보수 내역과 날짜는 기록으로 남기는 것이 좋다.[13]

그러나 적절한 유지보수에도 불구하고, 부적절한 설치, 잘못된 커플링 선택, 설계 용량 초과 등의 원인으로 고장이 발생할 수 있다.[13] 고장이 발생하기 전에 나타나는 징후로는 비정상적인 소음, 과도한 진동이나 흔들림, 윤활유 누출 또는 오염 등이 있으므로 주의 깊게 관찰해야 한다.[13]

9. 1. 정기 검사

커플링 유지보수에는 각 커플링에 대한 정기적인 검사가 포함된다. 주요 검사 항목은 다음과 같다.[13]

  • 육안 검사: 커플링의 외관 상태를 시각적으로 점검하여 변형, 균열 등의 이상 유무를 확인한다.
  • 마모 및 피로 징후 확인: 작동 중 발생하는 마찰이나 반복적인 하중으로 인한 마모나 피로 파괴의 징후가 있는지 면밀히 살핀다.
  • 청소: 커플링에 쌓인 먼지나 이물질을 정기적으로 제거하여 정상적인 작동을 돕고 마모를 줄인다.
  • 윤활유 점검 및 교체: 윤활유가 사용되는 커플링의 경우, 윤활유의 양과 상태(오염 여부 등)를 정기적으로 점검하고 필요시 교체하여 마찰과 마모를 최소화한다.


이러한 유지보수는 대부분의 커플링에 대해 연간 수행해야 하며, 열악한 환경이나 가혹한 작동 조건의 커플링은 더 자주 수행해야 한다.[13]

또한, 각 커플링에 대해 수행된 유지보수 내용과 날짜를 기록하여 관리하는 것이 중요하다.[13]

9. 2. 고장 원인

적절한 유지보수를 하더라도 커플링은 고장날 수 있다. 유지보수 외에 고장의 근본적인 원인으로는 다음과 같은 것들이 있다.[13]

  • 부적절한 설치
  • 잘못된 커플링 선택
  • 설계된 용량을 초과하여 작동[13]

9. 3. 고장 징후

커플링 고장의 가능성을 나타내는 외부 징후는 다음과 같다.[13]

  • 삐걱거리거나 끽끽거리는 소리, 또는 기타 잡음과 같은 비정상적인 소리 발생
  • 과도한 진동 또는 흔들림 발생
  • 윤활유 누출 또는 오염으로 나타나는 씰(seal) 고장

10. 균형

커플링은 일반적으로 공장에서 출고되기 전에 균형(밸런스)을 맞추는 과정을 거치지만, 기계를 작동하는 과정에서 균형이 틀어지는 경우가 발생할 수 있다. 커플링의 균형을 다시 맞추는 작업(밸런싱)은 기술적으로 어렵고 비용도 많이 들 수 있다. 따라서 이러한 작업은 기계 작동 시 허용되는 오차 범위가 매우 작아서 균형 조정에 드는 노력과 비용을 감수할 만큼 정밀함이 요구될 때 주로 이루어진다. 시스템 전체에서 어느 정도의 커플링 불균형(언밸런스)까지 허용될 수 있는지는 연결된 특정 기계들의 특성에 따라 달라지며, 이는 상세한 분석이나 실제 운영 경험을 통해 파악할 수 있다.

11. 주요 제조사

참조

[1] 웹사이트 Definition of COUPLING https://www.merriam-[...] 2018-11-28
[2] 웹사이트 Review of Windsurf Universal Joint Types – 'Your Ride, Our Gear' http://www.unifiber.[...] 2018-11-28
[3] 웹사이트 Why a Grid Coupling – Features & Benefits, Design Basics, and Element Options http://www.couplinga[...] 2014-12-22
[4] 웹사이트 RATO S https://www.vulkan.c[...] 2021-04-05
[5] 웹사이트 Transmitting solutions for tougher applications https://www.rivieram[...] 2021-04-20
[6] 웹사이트 Lovejoy, Inc. : Products : Couplings & Power Transmission: Shaft Locking Devices http://www.lovejoy-i[...] 2015-01-07
[7] 웹사이트 U.S. Tsubaki POWER-LOCK Catalog http://www.ustsubaki[...] 2015-01-07
[8] 웹사이트 Power Lock http://tsubakimoto.c[...] 2015-01-07
[9] 웹사이트 Keyless Locking Devices http://www.fennerdri[...] Fenner Drives 2012-09-04
[10] 웹사이트 NEF Taper-Lock Series http://tsubakimoto.c[...] 2015-01-07
[11] 웹사이트 Taper Lock Tooling - For Drilling, Reaming, Countersinking, Tolerancing. https://www.ucc-udb.[...] United Drill Bushing Corporation 2023-11-10
[12] 웹사이트 Twin Spring Coupling – Universal Joint and CV Joint Replacement http://www.twinsprin[...] 2017-07-14
[13] 웹사이트 Tracking the causes of coupling failure http://www.plantserv[...] 2008
[14] 문서 クラッチとしての流体継手とは別
[15] 간행물 Bio Process International,Page66, May 2007
[16] 뉴스 Design World, September 2012 about Hybrid connector by Jaime R. Erickson
[17] 웹인용 Definition of COUPLING https://www.merriam-[...] 2018-11-28


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