롤러체인을 설계하는 방법

롤러체인은 일반적으로 가장 많이 사용되는 체인입니다. 그러나 오래 사용하게 되면 마모로 인하여 체인의 피치가 늘어나 휠의 피치와 맞지 않아 물림 상태가 나빠져 소음이 발생하는 단점이 있습니다. 이에 마모를 최대한 줄이기 위한 최적 설계가 중요하다고 할 수 있습니다.

 

롤러체인 설계 방법

체인의 선정 원칙

피치가 작으면 낮은 부하와 고속에 적합하고, 피치가 크면 높은 부하와 저속에 적합합니다. 보통 전동 능력이 있는 것 중 최소 피치의 단열체은을 선택하게 되는데. 공간적 제약이 있는 경우에는 작은 피치를 선정하고, 전동 능력을 향상해야 하는 경우에는 다열체인을 사용하여야 합니다. 롤러 체인의 최대 감속 비는 7:1이며, 저속이고 정하중인 경우에는 10:1까지 가능하나 이는 단열 체인에만 적용 가능합니다. 더 큰 각속도 비로 동력을 전달시키기 위해서는 여러 단으로 나누어 주어야 합니다. 체인의 링크 숫자는 짝수개가 좋으며, 옵셋 링크를 적용하면 홀수개도 가능하나 체인의 전달 동력이 감소됩니다.

 

스프로킷 휠 선택 시 주의사항

작은 스프로킷 휠의 감 김각은 120도 이상을 추천드립니다. 작은 스프로킷의 최소잇 수는 현의 운동으로 인해 제약받게 되므로 저속에서 12개, 중속에서 17개, 고속에서 25개 이상으로 설계하는게 좋습니다. 큰 스프로킷의 잇수는 일반적으로 120개 이하로 설정하는 게 좋은데, 큰 스프로킷 휠의 이수가 많으면 제작비가 증가하고 공간차지도 많이 하기 때문입니다. 그리고 다음과 같은 경우는 스프로킷 휠이 이를 경화시키는 것이 원칙입니다.

 

∙ 고속, 고부하 상태로 작동할 때

∙ 잇수가 25개 이하인 경우

∙ 수명을 늘려야 하는 경우

∙ 각속도 비가 1:4 이상일 때

∙ 특히 심한 마모가 우려되는 경우

 

축 중심 간 거리

스프로킷 휠의 중심거리는 30p~50p가 적당합니다. 가능한 최소 중심간 거리는 C > (D1+D2)/2이며, 권장되는 최소 중심거리는 C > (D1/2)+D2입니다. 최대 중심거리는 80p가 넘지 않도록 합니다.

C: 중심거리, p: 체인의 피치, D1: 작은 스프로킷 휠의 지름, D2: 큰 스프로킷 휠의 지름

 

스프로킷 휠의 배치

감속을 할 때는 작은 스프로킷 휠이 구동 측이 되며, 증속을 할 때는 그 반대가 됩니다. 대부분의 경우에는 감속인 경우가 많습니다. 긴장 측이 위쪽에 위치하고, 이완 측은 아래쪽에 위치해야 합니다. 부득이 이완측이 위쪽에 배치된 경우에는 이완량을 작게 해주어야 합니다. 축간거리가 짧을 떄는 축을 이동하여 이완량을 작게 할 수 있으며, 축간거리가 긴 경우에는 이완측 체인의 안쪽에 아이들러를 넣어 이완 측을 위로 받쳐줌으로 인해 이완량을 작게 할 수 있습니다.

그리고 두 스프로킷 휠의 중심을 연결한 선이 수평에 가까운 것이 가장 이상적입니다. 경사각이 있는 경우 60도 이내로 하는 것이 좋은데, 60도 이상이게 되면 체인은 조금만 늘어나도 스프로킷에서 이탈할 가능성이 높아 여분의 이완량을 제거하기 위하여 자동 텐션 장치를 부탁하기도 합니다.

 

아이들러 사용

아이들러는 안내 스프로킷 휠이라고도 불리며, 작은 스프로킷 휠보다 작으면 안 됩니다. 최소한 3개의 이가 아이들러에 물려있어야 하며, 아이들러는 이완 측에 사용합니다. 아이들러는 다음과 같은 경우에 사용합니다.

 

∙ 중심 간 거리가 먼 경우

∙ 중심간 위치가 거의 수직에 가까울 때

∙ 중심간 거리 조정이 불가능한 경우

∙ 구조상 체인이 움직이는 경로를 조정해야 할 때

∙ 이완 측의 이완량을 줄이고자 할 때

 

그리고 아이들러의 위치를 선정할 때는 아래 내용을 따르는 것을 추천드립니다.

 

∙ 아이들러는 이완 측에 설치합니다

∙ 수직축 또는 경사가 60도 이상의 경우 이완측 체인의 바깥쪽에 위치시키되 작은 스프로킷에 가깝게 아이들러를 설치해야 합니다. 구동 측 스프로킷의 위치가 위쪽이건 아래쪽이건 상관없으며, 증속 및 감속에도 관계없이 적용됩니다.

∙ 수평축 또는 경사도 60도 이상의 경우 이완 측이 위쪽이면 아이들러를 이완측 체인의 안쪽에 설치합니다.

 

체인의 처짐량 조절

체인의 처짐은 기본적으로 이완 측에서 체인의 자중에 의하여 발생됩니다. 여기에 마모에 의한 늘어남이 추가되며, 이것은 축 중심 간 거리를 조정하여 관리할 수 있습니다.

 

∙ 스팬 중심에서 측정한 체인의 허용 처짐량은 스프로킷 휠의 중심간 거리의 1~3%를 유지하도록 중심거리를 정해주도록 합니다.

∙ 마모로 인한 체인의 늘어남은 200/Z2 [%] (Z2는 큰 스포 로켓의 잇수) 이하여야 합니다. 일반적으로 마모로 인한 신장률은 3% 이내여야 하나, 정확하고 부드러운 동력 전달이 요구되는 경우는 최대 신장률을 1.5% 이내로 제한합니다.