챕터 9. 마찰차

챕터 9. 마찰차

1. 마찰차의 개요

     동력을 전달하는데 있어서 2개의 바퀴를 직접 접촉시켜 서로 밀어붙임으로서 그 사이에 생기는 마찰력을 이용하여 2축 사이의

    동력을 전달하는 것을 마찰전동이라 하고, 이 장치에 사용되는 바퀴를 마찰차라 한다.

 1) 마찰차의 적용범위

     1. 전달하여야 할 힘이 그다지 크지 않고, 속비가 중요시 되지 않는 경우

     2. 회전비가 커서 보통의 기어를 사용할 수 없는 경우

     3. 양축사이를 빈번히 단속할 필요가 있는 경우

     4. 무단변속을 시키는 경우

 2) 마찰차의 종류

     1. 원통마찰차 : 두 축이 평행하고 바퀴는 원통형이다.

     2. 홈마찰차 : 두 축이 평행하고 원통형바퀴의 접촉면에 V홈이 파져 있다.

     3. 원추마찰차 : 두 축이 어느 각도로 교차하며 바퀴는 원추형이다.

     4. 무단변속마찰차 : 원판, 원추(원뿔), 구면 등을 이용하여 무단변속을 시키는 마찰차이다.

 3) 마찰차의 특성

     1. 접촉하고 있는 표면은 구름접촉이므로 접촉선상의 한점에 있어서 원동차와 종동차의 표면속도는 항상 같다.

     2. 약간의 미끄럼이 생기므로 확실한 회전운동의 전달과 강력한 동력의 전달은 곤란하다.

     3. 운전이 정숙하다.

     4. 동력전달의 단속이 무리없이 행하여진다.

     5. 무단변속기로의 이용이 용이하다.

     6. 일정한 속도비를 얻기 곤란하다.

     7. 효율은 그다지 좋지 못하다.

     8. 과부하의 경우 미끄럼에 의하여 다른 부분의 손상을 방지할 수 있다.

     9. 원동차의 운전상태에서 종동차의 시동, 정지 및 속도변환이 가능하다.

     10. 마찰차의 피치면을 손상시킨다.

     11. 축과 베어링사이의 마찰이 크므로 동력손실과 축 및 베어링의 마멸이 크다.

 4) 마찰차의 재질 및 마찰계수

     마찰차는 전달동력을 크게 하기 위하여 두 바퀴 사이에 미끄럼이 생기지 않도록 하여야 하며 이렇게 하기 위해서는 두바퀴의 접촉면은 마찰계수가 큰 형상 및 재질로 만들어야 한다. 원동차의 표면에는 종동차보다 연한 재료를 사용하여 마찰계수의 값을 크게 한다. 

2. 원통마찰차

     두축이 평행하고, 바퀴는 원통형으로 내접하는 경우와 외접하는 경우가 있다.

원통마찰차

     1. 원주속도

     두 원통마찰차가 완전한 구름접촉을 하여 미끄럼이 전혀 없다고 하면 표면속도는 같다. 그림과 같이 두 원통마찰차의 지름이 Da, Db인 경우 미끄럼이 전혀 없다고 가정하면 두 마찰차의 원주속도 v는 다음과 같다.

     2. 속비(속도비,회전비)

     3. 중심거리(축간거리)

      ㄱ. 외접의 경우

      ㄴ. 내접의 경우

     4. 회전력(접선력, 마찰력, 전달력)

      마찰차가 미끄러지지 않고 동력을 전달시키려면 다음과 같은 식이 성립한다.

     5. 전달토크

     6. 전달동력

     7. 마찰차의 폭(b)

      접촉면의 단위길이(선)에 대한 허용압력을 f[N/mm], 마찰차의 폭은 b[mm]라 하면

      마찰차의 폭 b를 너무 크게하면 마찰차의 균일한 접촉이 곤란하므로 마찰차의 지름 D와 같거나 작도록 한다.

2. 홈마찰차

     원통마찰차에서 큰 동력을 전달하려면 마찰계수가 큰 재료를 사용하거나 또는 두 마찰차를 큰 힘으로 밀어 붙여야 하는데 밀어붙이는 힘을 크게 하면 베어링에 큰 힘이 가해져 베어링하중으로 되고 큰 마찰손실이 생긴다. 따라서 밀어붙이는 힘을 증가시키지 않고, 전달동력을 크게 할 수 있게 개량한 것이 홈마찰차이다.

     1. 등가마찰계수(유효마찰계수,상당마찰계수)

     2. 전달동력

     3. 홈의 깊이 및 홈의 수

      ㄱ. 홈의 깊이

       홈마찰차는 정확하게 구름접촉을 하는 곳은 홈의 평균지름에 해당하는 곳 한 점 뿐이고, 다른 곳에서는 미끄럼이 생긴다.

      결국, 홈마찰차는 홈의 깊이가 깊을수록 속도가 클수록 마멸이나 소음이 심해진다.

      ㄴ. 홈의 수

       접촉되는 부분의 전체길이를 l, 홈의 수를 Z라하면

      여기서 f는 허용접촉면 압력

      홈마찰차는 보통 양 바퀴를 모두 주철로 만들고, 홈의 각도는 2α=30~40º 이다. 홈의 피치는 3~20mm로서 보통 10mm 이다.

     또한, 홈의 수는 너무 많으면 홈이 동시에 정확하게 끼워지지 않으므로 보통 Z=5개 정도이다.

4. 원추마찰차(원뿔마찰차)

     두 축이 구름접촉을 하면서 어느 각도로 교차해 회전력을 전달하는 마찰차를 원추마찰차 또는 베벨마찰차라 한다. 외접하는 경우 두 개의 원추차는 서로 반대방향으로 회전하고, 내접하는 경우에는 서로 같은 방향으로 회전한다.

     1. 속비(속도비,회전비)

      ㄱ. 외접 원추마찰차

      ㄴ. 내접 원추마찰차

     2. 원주속도

     3. 전달동력

     4. 베어링에 걸리는 하중

      축방향으로 미는 힘(=스러스트하중)

     축에 직각으로 작용하는 반력(=레이디얼 하중)

     5. 접촉폭(접촉나비)

      접촉면의 단위길이에 대한 허용면압력을 f라 하면

5. 무단변속마찰차

     원동축의 회전속도를 일정하게 유지하고 종동축의 회전속도를 어떤 범위내에서 연속적으로 자유로이 변화시킬 수 있느 ㄴ장치

 1) 원판마찰차에 의한 무단변속장치

원판마찰차에 의한 무단변속장치

     원판마찰차는 크라운마찰차라고도 하며, 그림에서 I축을 원동축, II축을 종동축으로 하면, I축은 회전속도가 일정하고 II축은 직경이 일정하다.

      1. 속비(속도비, 회전비)

     2. 원주속도

     3. 접촉폭(접촉나비)

     4. 전달동력

 2) 원추마찰차에 의한 무단변속장치

     A에 대한 B의 속도비

 3) 에반스마찰차

     2개의 원추차 사이에 원판차 대신에 가죽 또는 강철제 링을 사용하여 링이 접촉하는 부분에 대한 지름의 변화로 속도비가 변화한다. 

    이와 같이 링의 위치를 변화시켜서 변속하는 것.