키는 축과 허브를 연결하여 회전력을 전달하는 요소로, 전단 응력 한계에 맞추어 최소 길이를 계산해야 한다. 힘으로 주어진 외부 하중이 있을 때는 먼저 토크로 환산하고, 축 반지름에서의 접선력을 구한 뒤 키의 전단 면적(폭×길이)으로 나누어 허용 전단응력과 비교하는 절차를 따른다. 이 계산 흐름이 키 길이 산정의 기본 원리이다.
표준 부품의 호칭은 규격화된 순서를 따른다. 예컨대 스플릿 테이퍼 핀은 '규격명칭 → 호칭지름×길이 → 재료 → 지정사항' 순으로 표기하고, 평행 핀은 '품명 → 지름·공차 → 길이 → 재질' 순으로 표기한다. 호칭 순서를 지키는 것은 도면·명세에서 부품을 정확히 식별하기 위한 기본 규칙이다.
기어의 요목표는 모듈, 압력각, 피치원 지름과 같이 기어의 기본 치형과 치수를 결정하는 항목을 중심으로 기입한다. 기어의 치폭은 도면상의 치수로 따로 표시되는 경우가 많아 요목표의 필수 항목으로 포함되지 않는 것이 일반적이다. 따라서 요목표 항목과 도면상 치수 항목을 구분하여 이해해야 한다.
벨트와 리벳 등 체결·동력전달 요소는 구조적 차이가 성능과 취급법에 직접 연결된다. 예컨대 V벨트는 삼각 단면으로 풀리 홈에 걸려 구동하므로 바로걸기나 엇걸기가 불가능한 반면, 평벨트는 그 제약이 없다. 리벳의 설계에서는 리벳 전단력과 판 인장력의 균형을 고려하여 적절한 피치를 산정해야 한다.
예제
키 길이 계산 예를 든다. 풀리 외주에 작용하는 힘이 2kN이고 풀리 지름이 600mm일 때 토크는 힘×반지름으로 구한다. 즉, T = 2000N × 300mm = 600,000N·mm이다. 축 지름이 50mm이므로 축 반지름 r = 25mm이다. 축 표면에서의 접선력 F = T / r = 600,000 / 25 = 24,000N이다. 키의 허용전단응력 τ = 50N/mm², 키 폭 b = 8mm일 때 필요한 길이 L은 F = τ × b × L 이므로 L = 24,000 / (50 × 8) = 60mm이다. 따라서 키 길이는 약 60mm 이상이어야 한다.
대표 기출 3문항
평벨트 풀리의 지름이 600mm, 축의 지름이 50mm라 하고, 풀리를 폭(b) x 높이(h) = 8mm x 7mm의 묻힘키로 축에 고정하고 벨트 장력에 의해 풀리의 외주에 2kN의 힘이 작용한다면, 키의 길이는 몇 mm 이상이어야 하는가 ? (단, 키의 허용전단응력은 50MPa로 하고, 전단 응력만 고려하여 계산한다.)
50
60
70
80
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 벨트 풀리의 외주력에 의해 생긴 접선력으로 키가 받는 전단응력을 고려해 최소 키 길이를 구하라는 것이다. 먼저 풀리 반지름은 600mm/2 = 300mm이고 풀리에 작용하는 외주 힘 2000N에 의한 토크는 T = F × r = 2000N × 300mm = 600,000 N·mm이다.
키의 전단 강도 조건인 T = τ × (d/2) × b × L 공식을 이용해 최소 키 길이를 계산한다.
스플릿 테이퍼 핀의 호칭 방법으로 옳게 나타낸 것은?
규격 명칭, 호칭지름x호칭길이 , 재료, 지정사항
규격 명칭, 등급, 호칭지름x호칭길이, 재료
규격 명칭, 재료, 호칭지름x호칭길이, 등급
규격 명칭, 재료, 호칭지름x호칭길이, 지정사항
정답과 해설 보기
정답 ① · KS 기준에 따른 스플릿 테이퍼 핀의 호칭 방법은 '규격 명칭, 호칭지름x호칭길이, 재료, 지정사항' 순으로 기재하는 것이 옳습니다. 지정사항은 표면 처리 등 추가 요구 사항을 의미하며, 등급은 일반적으로 포함되지 않는 것이 특징입니다.
스플릿 테이퍼 핀 호칭은 규격명칭, 호칭지름x길이, 재료, 지정사항 순으로 기재한다.
스퍼기어를 제도할 경우 스퍼기어 요목표에 일반적으로 기입하지 않는 것은?
피치원 지름
모듈
압력각
기어의 치폭
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문항은 스퍼기어 요목표에 일반적으로 기입하지 않는 항목을 묻고 있다. 기어의 기본 제원으로서 모듈·압력각·피치원 지름 등은 필수 기입 항목이며 기어 형상과 치수를 결정하는 핵심 정보이다.
스퍼기어 요목표에는 모듈, 압력각, 피치원 지름 등 기본 제원이 필수이며 치폭은 일반적으로 기입하지 않습니다.