크랭크축
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1. 개요
크랭크축은 크랭크 저널, 크랭크 핀, 크랭크 암, 밸런스 웨이트 등으로 구성되며, 엔진의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 역할을 한다. 피스톤과 커넥팅 로드의 움직임을 크랭크축으로 전달하여 동력을 발생시키며, 플라이휠을 부착하여 동력 전달을 원활하게 한다. 크랭크축은 단조, 주조, 가공 등의 방식으로 제작되며, 재질과 가공 방식에 따라 성능과 내구성이 달라진다. 크랭크는 고대 중국에서 처음 사용되었으며, 이후 다양한 기계에 적용되면서 발전을 거듭했다.
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| 크랭크축 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 기계 장치 |
| 용도 | 내연 기관 왕복 운동을 이용하는 다양한 기계 |
| 작동 방식 | 피스톤의 왕복 운동을 크랭크핀을 통해 회전 운동으로 변환 회전 운동을 전달하는 축의 역할 |
| 재료 | 주로 강철 합금으로 제작 내구성 및 강도가 중요 |
| 주요 구성 요소 | |
| 크랭크 축 | 회전 운동을 하는 주요 축 |
| 크랭크 암 | 크랭크 축과 크랭크핀을 연결하는 부분 |
| 크랭크핀 | 피스톤과 연결되어 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 부분 |
| 저널 | 크랭크 축을 지지하는 베어링이 장착되는 부분 |
| 균형추 | 회전 시 발생하는 불균형을 상쇄하기 위한 추 |
| 작동 원리 | |
| 피스톤 운동 | 피스톤이 왕복 운동을 하면서 연결봉을 통해 크랭크핀을 움직임 |
| 크랭크 회전 | 크랭크핀의 움직임이 크랭크 축을 회전시킴 |
| 동력 전달 | 회전하는 크랭크 축을 통해 동력이 전달됨 |
| 역사 | |
| 초기 형태 | 수동식 기계나 간단한 기계 장치에서 사용 |
| 산업 혁명 | 증기 기관 및 내연 기관의 발전에 핵심적인 역할 |
| 현대 기술 | 정밀 가공 기술 발전으로 고성능 엔진에 사용 |
| 추가 정보 | |
| 중요성 | 엔진의 핵심 부품으로 성능 및 내구성에 큰 영향 |
| 관련 기술 | 피스톤 연결봉 플라이휠 밸브 |
| 참고 자료 | How the crankshaft works – All the details Merriam-Webster Dictionary |
| 로마자 표기 | |
| 로마자 표기 | keuraengkeu chuk |
2. 구조
크랭크축은 회전 중심을 이루는 크랭크 저널, 커넥팅 로드 대단부와 결합되는 크랭크 핀, 크랭크 저널과 크랭크 핀을 연결하는 크랭크 암, 그리고 회전 평형을 위한 균형추(밸런스 웨이트) 등으로 구성된다. 크랭크축 앞쪽에는 캠축 구동용 타이밍 기어나 체인, 크랭크축 풀리 등이 설치된다. 뒤쪽에는 플라이휠 설치를 위한 플랜지, 클러치 축 지지용 파일럿 베어링을 끼우는 구멍이 있다. 크랭크축 내부에는 커넥팅 로드 베어링에 오일을 공급하기 위한 구멍 및 오일 통로가 있으며, 오일 실을 통해 오일 누출을 방지한다.[3]
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크랭크축은 엔진 블록 내부에 위치하며, 메인 베어링을 통해 고정되어 블록 내에서 회전할 수 있다.[4] 각 피스톤의 상하 운동은 컨넥팅 로드를 통해 크랭크축으로 전달된다.[5] 플라이휠은 동력 전달을 원활하게 하고 진동을 줄이기 위해 크랭크축의 한쪽 끝에 부착되는 경우가 많다.[6] 크랭크축에는 큰 응력이 가해지는데, 실린더당 약 8618.25kg가 넘는 경우도 있다.[75]
엔진 쪽 베어링에 지지되는 축 부분은 '''크랭크 저널''', 피스톤의 커넥팅 로드와 연결되는 부분은 '''크랭크 핀''', 두 부분을 연결하는 부분은 '''크랭크 암'''이라고 한다.
피스톤과 커넥팅 로드의 운동에 의해 발생하는 관성력을 줄이기 위해 '''밸런스 웨이트'''가 장착된다. 현대 엔진에서는 크랭크 암과 밸런스 웨이트가 일체화되어 판 형태의 '''크랭크 웹'''을 형성한다. 밸런스 웨이트는 '''카운터 웨이트'''라고도 불리며, 크랭크 핀 양쪽에 카운터 웨이트가 장착된 것을 '''풀 카운터 웨이트''', 한쪽에만 장착된 것을 '''세미 카운터 웨이트'''라고 한다. 풀 카운터 웨이트가 크랭크의 진동 저감과 고출력화에 유리하지만, 제조 비용이 많이 들고 무거워지기 때문에, 양산차 엔진에는 기통 수에 따른 엔진 진동 특성, 밸런서 샤프트와의 병용 등을 고려하여 적절한 형식이 채택된다.
미국차의 90도 뱅크 V형 8기통 엔진에서는 진동 균형을 위해 4기통분의 크랭크 핀을 90도 위상으로 배치하는 크로스 플레인 크랭크샤프트가 사용되어 왔다. 최근에는 일부 오토바이용 직렬 4기통 엔진에서도 불규칙 간격 점화 순서와 함께 이 크로스 플레인이 채택되어 더 높은 출력을 얻고 있다.
수차, 풍차, 프레스 기계, 레시프로식 압축기, 미싱에서는 크랭크축을 회전시켜 필요한 스트로크의 왕복 운동을 얻는다.
2. 1. 플라잉 암
일부 엔진에서는 일반적인 중간 메인 베어링 없이 인접한 크랭크핀(Crankpin) 사이에 직접적인 링크가 있는 크랭크축을 사용하는데, 이러한 링크를 "플라잉 암(Flying arms)"이라고 한다.[20] 이러한 배치는 V6 엔진과 V8 엔진에서 서로 다른 V 각도를 사용하면서도 균일한 발화 간격을 유지하고 필요한 메인 베어링의 수를 줄이기 위해 사용되기도 한다. 플라잉 암의 단점은 크랭크축의 강성이 감소하여 고 RPM 또는 고출력에서 문제가 발생할 수 있다는 것이다.[21]
3. 설계
크랭크축은 회전 중심을 이루는 축 부분인 메인 저널, 컨넥팅 로드 대단부와 결합되는 크랭크 핀, 메인 저널과 크랭크 핀을 연결하는 크랭크 암, 그리고 회전 평형을 유지하기 위한 균형추 등으로 구성된다. 앞 끝에는 캠축 구동용 타이밍 기어나 체인(벨트) 구동용 스프로킷, 물 펌프 및 발전기 구동을 위한 크랭크축 풀리가 설치된다. 뒤쪽에는 플라이휠 설치를 위한 플랜지와 클러치 축 지지용 파일럿 베어링을 끼우는 구멍이 있다. 내부에는 커넥팅 로드 베어링에 오일을 공급하기 위한 구멍 및 오일 통로가 있으며, 크랭크 케이스에서 오일이 새는 것을 막기 위해 오일 실이 설치되어 있다.[3][4][5]
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크랭크축에는 실린더당 약 8618.25kg가 넘는 엄청난 응력이 가해진다.[6] 단기통 엔진의 크랭크축은 여러 실린더를 가진 엔진보다 설계가 간단한 편이다.
피스톤과 커넥팅 로드의 운동으로 발생하는 관성력을 줄이기 위해 밸런스 웨이트가 장착된다. 현대 엔진에서는 크랭크 암과 밸런스 웨이트가 일체화되어 판 형태의 '''크랭크 웹'''을 형성한다. 밸런스 웨이트는 '''카운터 웨이트'''라고도 불리며, 양쪽에 카운터 웨이트가 장착된 것을 '''풀 카운터 웨이트''', 한쪽에만 장착된 것을 '''세미 카운터 웨이트'''라고 한다.[75] 풀 카운터 웨이트가 크랭크 진동 저감과 고출력에 유리하지만, 제조 비용이 많이 들고 무거워지는 경향이 있어 양산차 엔진에는 기통 수에 따른 엔진 진동 특성, 밸런서 샤프트와의 병용 등을 고려하여 용도와 출력에 맞는 형식이 채택된다.
미국차에서 주류였던 90도 뱅크 V형 8기통 엔진에서는 진동 균형을 위해 4기통분의 크랭크 핀을 90도 위상으로 배치하는 크로스 플레인 크랭크축이 사용되어 왔다. 최근에는 일부 오토바이용 직렬 4기통 엔진에서도 불규칙 간격 점화 순서와 함께 크로스 플레인이 채택되는데, 이는 진동 저감보다는 더 높은 출력을 얻기 위한 것이다.
수차, 풍차, 프레스 기계, 레시프로식 압축기, 미싱에서는 크랭크축을 회전시켜 왕복 운동을 얻기도 한다.
3. 1. 베어링
크랭크축은 '메인 베어링' 덕분에 엔진 블록 내에서 회전할 수 있다. 크랭크축은 각 실린더에서 큰 수평 및 비틀림 힘을 받으므로, 이러한 메인 베어링은 양쪽 끝뿐만 아니라 크랭크축을 따라 여러 지점에 위치한다.[7] 메인 베어링의 개수는 전체 하중 계수와 최대 엔진 속도를 기준으로 결정된다. 디젤 엔진의 크랭크축은 연소 시 발생하는 높은 힘 때문에 각 실린더 사이와 크랭크축의 양쪽 끝에 메인 베어링을 사용하는 경우가 많다.[8]3. 2. 피스톤 행정
크랭크핀 축과 크랭크축 축 사이의 거리가 엔진의 행정 길이를 결정한다.[1]대부분의 현대 자동차 엔진은 "오버 스퀘어" 또는 쇼트 스트로크로 분류되는데, 이는 행정이 실린더 보어의 직경보다 작다는 것을 의미한다. 엔진의 저회전 토크를 높이는 일반적인 방법은 행정을 늘리는 것인데, 이는 때때로 엔진 "스트로킹"이라고도 한다. 과거에는 장행정 엔진의 단점으로 높아진 피스톤 속도로 인해 고회전 영역에서 회전수 제한이 낮아지고 진동이 증가하는 것이 있었다.[10]
3. 3. 크로스플레인 및 플랫플레인
엔진 설계 시 크랭크축 구성은 엔진의 점화 순서와 밀접하게 관련되어 있다.[11][12]대부분의 양산형 V8 엔진(예: 포드 모듈러 엔진과 제너럴 모터스 LS 엔진)은 크랭크 핀이 90도 간격으로 배치된 크로스플레인 크랭크를 사용한다.[13] 그러나 페라리 488과 같은 일부 고성능 V8 엔진[14][15]은 크랭크 핀이 180° 간격으로 배치된 플랫플레인 크랭크를 사용하는데, 이는 본질적으로 공통 크랭크케이스를 공유하는 두 개의 직렬 4기통 엔진이 되는 결과를 가져온다. 플랫플레인 엔진은 일반적으로 더 높은 RPM에서 작동할 수 있지만, 2차 진동이 더 크다.[16] 따라서 경주용 자동차 엔진에 더 적합하다.[17]
최근에는 일부 오토바이용 직렬 4기통에서도 불규칙 간격 점화 순서와 병용하여 크로스플레인이 채택되고 있다. 이것은 진동 저감보다는 더 높은 출력을 얻기 위해 이러한 형식이 사용되고 있다.
3. 4. 엔진 밸런스
일부 엔진은 밸런서를 사용하여 피스톤, 커넥팅로드, 크랭크축의 왕복 운동 질량을 상쇄하여 엔진 밸런스를 개선한다.[18][19] 이러한 밸런서는 일반적으로 크랭크축의 일부로 주조되지만, 때때로 볼트로 체결하는 부품이기도 하다.피스톤과 커넥팅 로드의 운동에 의해 발생하는 관성력을 줄이기 위한 밸런스 웨이트가 장착되어 있다. 현대적인 엔진에서는 크랭크 암과 밸런스 웨이트가 일체화되어 판 형태의 '''크랭크 웹'''을 형성한다. 이 밸런스 웨이트는 '''카운터 웨이트'''라고도 불리며, 크랭크 핀 양쪽에 카운터 웨이트가 장착된 것을 '''풀 카운터 웨이트''', 한쪽에만 장착된 것을 '''세미 카운터 웨이트'''라고 한다.[75] 일반적으로 풀 카운터 웨이트가 크랭크의 진동 저감과 고출력화에 유리하다고 여겨지지만, 제조 비용이 많이 들고 무게도 무거워지는 경향이 있기 때문에, 양산차에 채용하는 경우 엔진의 기통 수에 따른 엔진 진동 특성의 차이, 밸런서 샤프트와의 병용도 고려하여 용도와 출력에 맞는 형식이 채택된다.
일반적으로 앞서 설명한 밸런스 웨이트와 함께 밸런서 샤프트가 사용되는 경우가 많다.
3. 5. 역회전 크랭크축
대부분의 엔진에서 각각의 컨넥팅 로드는 하나의 크랭크축에 연결되어 있으며, 이로 인해 피스톤이 스트로크를 통해 움직일 때 컨넥팅 로드의 각도가 변한다. 이러한 각도 변화는 피스톤을 실린더 벽에 대고 밀어 피스톤과 실린더 벽 사이에 마찰을 발생시킨다.[22] 이를 방지하기 위해, 1900년~1904년 랜체스터 엔진 회사의 플랫 트윈 엔진과 같은 초기 엔진 중 일부는 각 피스톤을 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 크랭크축에 연결했다. 이러한 배열은 측면 힘을 상쇄하고 균형추의 필요성을 줄인다. 이 설계는 드물게 사용되지만, 유사한 원리가 밸런스 샤프트에도 적용되어 때때로 사용된다.4. 재질과 가공
크랭크축은 고탄소강, 크롬-몰리브덴강, 니켈-크롬강 등을 단조하여 제작한다. 최근 엔진의 고속화 경향으로 단행정 엔진이 요구됨에 따라 메인 저널과 크랭크 핀의 중심거리가 짧고 강성이 높은 크랭크축이 필요하다.
4. 1. 단조 크랭크축
크랭크축은 고탄소강, 크롬-몰리브덴강, 니켈-크롬강 등으로 단조하여 제작한다. 최근 엔진의 고속화 경향에 따라 피스톤 행정과 실린더 안지름 비가 작아지는 단행정 엔진으로 제작되면서, 메인 저널과 크랭크 핀의 중심거리가 짧고 강성이 높은 크랭크축이 요구된다.크랭크축은 롤 단조를 이용하여 강철 봉으로 만들 수 있다. 오늘날 제조업체들은 가벼운 무게, 작은 크기, 우수한 감쇠 특성 때문에 단조 크랭크축을 선호한다.[23] 단조 크랭크축의 경우, 베어링 표면의 표면 경화를 제외하고는 고강도에 도달한 후 추가적인 열처리 없이 공랭식으로 냉각할 수 있기 때문에 주로 바나듐 미세 합금강이 사용된다. 또한, 저합금 함량으로 인해 고합금강보다 재료비가 저렴하다. 탄소강은 원하는 특성에 도달하기 위해 추가적인 열처리가 필요하다.
4. 2. 주조 크랭크축
주조 크랭크축은 연성 주철로 제작한다.[1] 주로 하중이 낮은 저가형 생산 엔진에서 볼 수 있다.[1]4. 3. 가공 크랭크축
크랭크축은 고품질 진공 재용융강 막대인 빌릿(Billet)으로부터 가공될 수 있다. 주조 과정에서 발생하는 섬유 흐름(재료의 화학적 조성의 국부적 불균일성)이 크랭크축의 형태를 따르지 않는다는 점에도 불구하고, 일반적으로 단조하기 어려운 고품질 강철을 사용할 수 있기 때문에 문제가 되지 않는다. 단위당 비용은 선반과 밀링 머신으로 제거해야 하는 많은 양의 재료, 높은 재료비, 그리고 필요한 추가 열처리 때문에 비싸지는 경향이 있다. 그러나 고가의 공구가 필요하지 않기 때문에 이 생산 방법은 높은 초기 비용 없이 소량 생산을 가능하게 한다.5. 역사
크랭크축의 역사는 여러 지역과 시대를 거치면서 발전해왔다.
- '''아시아:''' 최초의 수동식 크랭크는 기원전 202년부터 220년까지 존재했던 중국 한나라 시대에 등장했다. 누에고치 풀기, 삼 잣기, 농업용 탈곡용 선풍기, 물레방아로 작동하는 밀가루 체 등에 사용되었다.[26] 회전식 탈곡 선풍기는 곡물에서 껍질과 줄기를 분리하는 효율을 크게 높였다.[28][29]
- '''중동:''' 9세기 중반 바누 무사 형제가 저술한 ''독창적인 기계 장치의 책''에 묘사된 여러 수력 장치에서 크랭크가 나타난다.[37] 알 자자리(1136~1206)는 그의 두 개의 양수기에서 회전 기계의 크랭크와 연결대 시스템을 설명했다.[40] 그의 쌍기통 펌프는 크랭크축을 통합했다.[41]
- '''유럽 및 로마 제국:''' 최초의 회전식 수동 맷돌은 기원전 600년에서 기원전 500년 사이에 스페인에 등장하여[44][45] 동쪽으로 퍼져나갔다.[44][45] 안티키테라 기계[48][49]는 기계의 일부로 크랭크를 사용했다.[50] 크랭크와 커넥팅 로드의 조합에 대한 증거는 로마 제국 시대인 3세기의 고대 그리스 히에라폴리스 제재소에서 나타난다.[43]
15세기 초에는 군사 엔지니어 콘라드 키세르(1366~1405년 이후)의 작품에서 볼 수 있듯이 크랭크가 유럽에서 일반화되었다.[64][67]
- '''크랭크축:''' 9세기 아바스 칼리파 왕조의 바그다드에서는 무사 형제가 저술한 ''기계의 책''에 기술된 여러 수력 장치에서 자동 작동 크랭크가 등장한다.[37] 알 자자리는 크랭크와 축 메커니즘을 모두 포함하는 양수기를 설명했다.[40][69]
크랭크축은 레오나르도 다 빈치(1452~1519)[40]와 1592년 네덜란드 농부이자 풍차 소유주였던 코르넬리스 코르넬리스존 반 우이트헤스트에 의해 기술되었다. 20세기 초 자동차의 내연 기관은 전기 시동 장치가 일반적으로 사용되기 전까지는 손 크랭크로 시동하는 경우가 일반적이었다.
5. 1. 크랭크
크랭크축은 고품질 진공재용융강(Vacuum arc remelted steel) 막대인 빌릿(Billet (manufacturing))으로부터 가공될 수 있다. 주조 과정에서 발생하는 섬유 흐름(재료의 화학적 조성의 국부적 불균일성)이 크랭크축의 형태를 따르지 않는다는 점에도 불구하고, 일반적으로 단조하기 어려운 고품질 강철을 사용할 수 있기 때문에 문제가 되지 않는다. 단위당 비용은 선반과 밀링 머신으로 제거해야 하는 많은 양의 재료, 높은 재료비, 그리고 필요한 추가 열처리 때문에 비싸지는 경향이 있다. 그러나 고가의 공구가 필요하지 않기 때문에 이 생산 방법은 높은 초기 비용 없이 소량 생산을 가능하게 한다.[24][25]
5. 1. 1. 아시아
최초의 수동식 크랭크는 기원전 202년부터 220년까지 존재했던 중국의 한나라 시대에 등장했다. 이는 누에고치 풀기, 삼 잣기, 농업용 탈곡용 선풍기, 물레방아로 작동하는 밀가루 체, 수력으로 작동하는 금속 제련용 풀무, 우물 두레박 등에 사용되었다.[26] 기원전 202년부터 기원후 9년까지 존재했던 서한 시대 유적에서 크랭크로 작동하는 탈곡용 선풍기가 발견되었다.[27][26] 회전식 탈곡 선풍기는 곡물에서 껍질과 줄기를 분리하는 효율을 크게 높였다.[28][29] 중국은 서한 시대 이전부터 고대 폭파 장치, 섬유 기계, 농업 기계에 크랭크와 연결대를 사용했다. 결국 크랭크와 연결대는 밀가루 체, 발판식 방적차, 수력 가마 풀무, 누에고치 풀기 기계 등의 다른 용도로 회전 운동과 왕복 운동을 상호 변환하는 데 사용되었다.[30][26]5. 1. 2. 중동
고대 이집트인들은 고왕국 시대(기원전 2686년–2181년)에 크랭크와 비슷한 수동 드릴을 사용했으며, 이 도구를 나타내는 상형 문자도 있었다.[31] 그러나 고대 이집트의 드릴은 진정한 의미의 크랭크로 작동하지는 않았다.[32]9세기 중반 바누 무사 형제가 저술한 ''독창적인 기계 장치의 책''에 묘사된 여러 수력 장치에서 크랭크가 나타난다.[37] 그러나 이 장치들은 부분적인 회전만 할 수 있었고 많은 힘을 전달할 수 없었다.[38] 비록 크랭크축으로 전환하는 데는 약간의 수정만 필요했을 것이다.[39]
알 자자리(1136~1206)는 그의 두 개의 양수기에서 회전 기계의 크랭크와 연결대 시스템을 설명했다.[40] 그의 쌍기통 펌프는 크랭크축을 통합했다.[41] 15세기 초 알렉산드리아의 헤론의 ''기계''에 대한 아랍어 원고에서도 크랭크가 설명된다.[42]
5. 1. 3. 유럽 및 로마 제국
최초의 회전식 수동 맷돌은 기원전 600년에서 기원전 500년 사이에 스페인에 등장하여[44][45] 동쪽으로 퍼져나갔다.[44][45] 회전 부분의 바깥쪽 가장자리에 있는 손잡이가 크랭크[44][25][46]이고, 사람의 팔이 회전력을 제공하는 것이 커넥팅 로드이다.[44] 기원전 200년경으로 거슬러 올라가는 안티키테라 기계[48][49]는 그 기계의 일부로 크랭크를 사용했다.[50] 크랭크는 날짜를 수동으로 입력하는 데 사용되었다.[51]크랭크와 커넥팅 로드의 조합에 대한 증거는 로마 제국 시대인 3세기의 고대 그리스 히에라폴리스 제재소에서 나타난다.[43] 이것들은 또한 로마 시리아와 에페소스(로마 지배하의 그리스 이오니아)의 석재 제재소에서도 발견되는데, 6세기 것으로 추정된다.[43] 히에라폴리스 제재소의 페디먼트는 물레방아가 수로로부터 공급받는 물을 이용하여 기어열을 통해 두 개의 틀톱에 동력을 전달하고, 일종의 커넥팅 로드와 크랭크를 통해 나무토막을 자르는 것을 보여준다.[34] 다른 두 개의 고고학적으로 확인된 제재소의 크랭크와 커넥팅 로드 메커니즘은 기어열 없이 작동했다.[35][52]
2세기 로마 시대의 철제 크랭크가 스위스 아우구스타 라우리카에서 발굴되었다.[53][54] 크랭크로 작동되는 로마 제분소는 2세기 후반 것으로 추정된다.[55]
4세기 후반의 시인 아우소니우스는 독일의 물로 작동되는 대리석 톱을 언급했다.[43] 거의 같은 시기에, 이러한 제분소 유형은 소아시아 출신의 그리스 성인 니사의 그레고리에 의해서도 나타나는 것으로 보인다.[56][43]
크랭크 손잡이로 작동되는 회전식 숫돌[58]이 카롤링거 시대의 사본인 ''우트레히트 시편집''에 묘사되어 있다. 830년경의 펜 그림은 후기 고대 원본으로 거슬러 올라간다.[59]
목수의 핸드 드릴에서 복합 크랭크의 최초 묘사는 북유럽 미술 작품에서 1420년과 1430년 사이에 나타난다.[61] 15세기 초에는 군사 엔지니어 콘라드 키세르(1366~1405년 이후)의 작품에서 볼 수 있듯이 크랭크가 유럽에서 일반화되었다.[64][67]
피사넬로는 물레방아로 구동되고 두 개의 간단한 크랭크와 두 개의 커넥팅 로드로 작동되는 피스톤 펌프를 그렸다.[62] 15세기에는 또한 크랭크 랙 앤 피니언 장치(크랭크퀸이라고 함)가 도입되었는데, 이것은 석궁의 개머리판에 장착되어 발사 무기를 당길 때 더 많은 힘을 가하는 수단으로 사용되었다.[66]
1340년경으로 거슬러 올라가는 ''루트렐 시편집''에는 축의 양쪽 끝에 하나씩 두 개의 크랭크로 회전하는 숫돌이 묘사되어 있다.
5. 2. 크랭크축
9세기 아바스 칼리파 왕조의 바그다드에서는 무사 형제가 저술한 ''기계의 책''에 기술된 여러 수력 장치에서 자동 작동 크랭크가 등장한다.[37] 이 자동 작동 크랭크는 여러 장치에 나타나는데, 그중 두 가지 장치는 크랭크축과 유사한 작동 방식을 포함하고 있으며, 이는 최초로 알려진 유럽의 크랭크축에 대한 기록보다 5세기 앞선 것이다. 하지만 무사 형제가 기술한 자동 크랭크 메커니즘은 완전한 회전을 허용하지 않아, 작은 변형만으로 크랭크축으로 전환할 수 있었다.[39]아르투크 왕조에서 아랍의 엔지니어 알 자자리(1136~1206)는 그의 두 가지 양수기에서 회전 기계의 크랭크와 연결봉 시스템을 설명했는데,[40] 여기에는 크랭크와 축 메커니즘이 모두 포함되어 있다.[69]
이탈리아 의사 귀도 다 비제바노(1280년경~1349년)는 새로운 십자군 전쟁을 계획하면서, 수동으로 돌리는 복합 크랭크와 기어 휠로 추진되는 패들 보트와 전차의 그림을 그렸는데,[70] 이는 린 타운젠드 화이트에 의해 초기 크랭크축 원형으로 확인되었다.[71]
크랭크축은 레오나르도 다 빈치(1452~1519)[40]와 1592년 네덜란드 농부이자 풍차 소유주였던 코르넬리스 코르넬리스존 반 우이트헤스트에 의해 기술되었다. 그의 풍력 제재소는 크랭크축을 사용하여 풍차의 원형 운동을 톱을 구동하는 왕복 운동으로 변환했다. 코르넬리스존은 1597년 그의 크랭크축에 대한 특허를 받았다.
16세기부터 기계 설계에 통합된 크랭크와 연결봉의 증거는 당시 기술 논문에서 풍부하게 나타난다. 아고스티노 라멜리의 1588년 저서 ''다양하고 인공적인 기계들''에는 18가지 예가 묘사되어 있으며, 게오르크 안드레아스 뵈클러의 ''테아트룸 마키나룸 노붐''에서는 45가지의 다양한 기계로 그 수가 증가한다.[72] 크랭크는 20세기 초 일부 기계에서 일반적이었는데, 예를 들어 1930년대 이전의 거의 모든 축음기는 크랭크로 감는 태엽장치 모터로 작동되었다. 왕복 피스톤 엔진은 크랭크를 사용하여 선형 피스톤 운동을 회전 운동으로 변환한다. 20세기 초 자동차의 내연 기관은 전기 시동 장치가 일반적으로 사용되기 전까지는 손 크랭크로 시동하는 경우가 일반적이었다.
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