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구동 장치에 단일 체인만으로는 부족한 용량이 필요할 때, 가장 손쉬운 해결책은 나란히 두 개 또는 세 개의 체인을 사용하는 것이다. 체인을 두 배로 늘리면 용량도 두 배가 된다는 생각이다.
그러나 실제로는 그렇게 작동하지 않으며, 이 부족분은 모든 체인 제조사의 공학 자료에 ‘ 다중 스트랜드 계수’
라고 명시되어 있다. 두 개의 스트랜드는 용량을 두 배로 늘리지 못하며, 세 개의 스트랜드는 용량을 세 배로 늘리지 못한다—그 차이는 오히려 더 커진다. 스트랜드 수가 늘어날수록 그 격차는 더욱 벌어진다.
모두 기계적 요인이며, 재료적(금속학적) 요인이 아닌 세 가지 메커니즘.
부하 분산이 완벽하지 않음. 스트랜드는 공통 핀으로 연결되어 있으나, 완전히 동일하지 않음. 제조 허용 오차로 인해 한 스트랜드가 다른 스트랜드보다 약간 짧거나 더 조이는 경우가 있으며, 더 조인 스트랜드가 더 많은 부하를 받음. 구동 장치 수명 동안에는 조인 스트랜드가 더 빨리 마모되면서 부하가 점차 균등해지지만, 어느 순간에도 부하 분포는 불균형적임.
스프로킷 톱니 정렬. 더플렉스 스프로킷은 두 개의 톱니 열을 한 번의 가공 작업으로 절삭하므로 정렬 품질이 양호하지만 완벽하지 않음. 두 열 사이에 각도 오차가 존재하면 한 열이 다른 열보다 약간 먼저 맞물림.
축 처짐. 폭이 넓은 스프로킷은 베어링에서 더 멀리 위치하거나 축의 더 넓은 구간을 가로지름. 부하 하에서 축이 처지면 스프로킷이 기울어져 외측 스트랜드에 내측 스트랜드보다 더 많은 부하가 작용함. 이 현상은 스트랜드 수가 증가할수록 악화되며, 트리플렉스 스프로킷이 더플렉스 스프로킷보다 폭이 넓기 때문에 특히 그렇음.
이 계수의 존재를 알고 나면 계산 방법은 간단함:
1. 필요한 체인 인장력 계산
2. 체인 가닥 수에 해당하는 다중가닥 보정계수로 나누기
보정된 값을 충족하는 정격을 갖는 체인 규격 선택
핵심 오류는 2단계를 생략하는 것이다. 단일 체인 용량의 세 배가 필요한 설계자가 트리플렉스를 지정하면, 구동 장치는 첫날부터 정격 초과 상태로 작동하게 된다.
해당 체인 시리즈에 대한 체인 공급업체의 기술 자료에서 다중가닥 보정계수를 확인하라. 제조사 및 체인 종류에 따라 이 값은 약간 달라지며, 근거를 명확히 하지 못하는 수치를 인용하기보다는 직접 확인하도록 권장한다.
스프로킷 직경에 대한 공간 제약 구동 장치가 더 큰 단일 체인으로는 달성할 수 없는 직경 내에 반드시 들어가야 할 경우, 다중가닥이 이를 해결한다. 이는 가장 흔한 타당한 이유이다.
속도 제약 더 큰 피치 체인은 주어진 톱니 수에서 더 큰 현상 작용(chordal action)을 나타낸다. 구동 속도가 충분히 빨라서 더 큰 피치를 사용하면 진동이 발생할 경우, 작은 피치로 다중 스트랜드를 추가하면 다각형 효과(polygon effect)를 억제할 수 있다.
중복성은 이유가 아니다. 다중 스트랜드 체인은 핀을 공유한다. 핀이 고장나면 전체 조립체가 고장난다. 별도의 스프로킷에 설치된 두 개의 독립 체인은 중복성을 제공하지만, 듀플렉스 체인은 그렇지 않다.
비용 대부분의 크기 범위에서 트리플렉스 체인과 트리플렉스 스프로킷은 단일 체인보다 한두 단계 큰 크기의 제품보다 비용이 더 많이 든다.
듀얼 스트랜드 스프로킷
정렬 민감도 단일 체인은 스프로킷의 약간의 정렬 오차를 허용한다. 반면 다중 스트랜드는 정렬 오차에 덜 관대한데, 이는 이미 불완전한 하중 분산을 직접적으로 악화시키기 때문이다.
유지보수. 다중 스트랜드 체인은 일괄 교체해야 한다. 하나의 스트랜드만 교체할 수 없다.
축 하중 더 넓은 스프로킷은 베어링에서 더 먼 위치에 하중을 가한다. 축의 돌출 모멘트가 증가하며, 축 또는 베어링 파손이 체인보다 먼저 한계 요인이 될 수 있다.
당사의 일반적인 조언: 단일 체인을 두 사이즈 크게 하여도 장착이 가능하다면, 그렇게 하라. 용량 확보를 위해 다중 스트랜드를 기본적으로 선택하지 말고, 기하학적 제약으로 인해 어쩔 수 없이 사용해야 할 때만 선택하라.
결정 표로 요약하면:
| 제약 조건 | 다중 스트랜드 | 더 큰 단일 체인 |
| 스프로킷 지름이 기계에 의해 제한됨 | 예 | No |
| 구동 속도가 높고, 현선 작동(chordal action)이 문제됨 | 예 | No |
| 주어진 용량에 대해 가장 낮은 비용 | No | 예 |
| 스프로킷 편심에 대한 내성 | 낮은 | 더 좋네요 |
| 교체의 용이성 | 전체 세트 함께 | 단일 체인 |
| 축 상의 돌출 하중 | 높음 | 낮음 |
| 단일 고장에 대한 중복 설계 | 없음, 공유 핀 사용 | 없음 |
멀티스트랜드 스프로킷은 톱니열을 고정된 관계로 가공하므로, 두 개의 심플렉스 스프로킷을 클램프로 결합해 듀플렉스 구동을 구성할 수 없다. 톱니열이 정확히 인덱싱되지 않아 스트랜드 간 간섭이 발생한다.
사양 관련 실용적 사항:
허브 구성 타입 A(플레이트형, 허브 없음), 타입 B(한쪽에 허브 있음), 타입 C(양쪽에 허브 있음). 멀티스트랜드 스프로킷은 일반적으로 타입 B 또는 C를 사용하며, 이는 더 넓은 본체가 축 지지용 허브를 필요로 하기 때문이다.
재료 및 경화 처리 이빨은 구동 스프로킷과 이빨 수가 적은 모든 스프로킷에 일반적으로 경화 처리되는데, 이는 이빨에 가해지는 하중이 집중되기 때문이다. 다중 스트랜드 스프로킷의 경우 이 문제가 더욱 중요해지며, 하중을 더 많이 분담하는 스트랜드가 자신의 이빨 열을 동시에 강타하기 때문이다.
테이퍼 부시 방식 대비 완성 보어 방식. 테이퍼 부시 장착 방식은 폭이 넓은 스프로킷에서 훨씬 쉽게 교체할 수 있게 해주며, 특히 무거운 스프로킷일 경우 이 장점이 매우 유용하다.
하중 분담 능력은 정렬 불량 시 저하되므로, 다중 스트랜드 구동계는 단일 스트랜드 구동계보다 더 정밀한 정렬이 필요하다.
설치 시 세 가지 사항을 점검하라:
4. 축 방향 정렬 — 두 스프로킷은 반드시 동일한 평면상에 위치해야 한다. 양쪽 스프로킷 면에 직자자를 대는 것이 실용적인 점검 방법이다.
5. 축의 평행도 — 평행하지 않은 축은 체인을 비틀고 한쪽 스트랜드에만 과도한 하중을 집중시킨다.
6.하중 작용 시 축의 처짐 — 구동 장치에 큰 하중이 걸려 있는 경우, 다이얼 인디케이터로 하중 상태에서 측정하십시오. 눈에 띄게 휘어지는 샤프트는 하중 분산을 파괴합니다.
중심 거리가 긴 구동 장치에서는 느슨한 쪽 체인을 지지하십시오. 여러 개의 체인 줄이 휘두르면 각 줄에 교번 하중이 가해집니다.
다중 줄 체인의 마모 방식은 단일 줄 체인과 동일합니다: 핀과 부시의 마모로 인해 연장이 발생합니다. 같은 방식으로 측정하고, 동일한 허용 한계를 적용하십시오.
실제 적용 시 두 가지 차이점:
줄마다 마모 정도가 고르지 않습니다. 더 큰 하중을 받는 줄일수록 더 많이 연장됩니다. 한 줄만 측정하여 허용 범위 내에 있다고 해도, 다른 줄들도 반드시 점검하십시오. 구동 장치의 성능은 가장 상태가 나쁜 줄에 의해 결정됩니다.
전체 어셈블리를 교체하십시오. 여러 줄은 기계적으로 결합되어 있으므로, 마모된 줄들과 함께 새 줄을 설치하면 거의 전체 하중이 새 줄에 집중됩니다. 이 때문에 마모된 다중 줄 구동 장치에서는 체인과 함께 스프로킷도 함께 교체해야 합니다. 즉, 마모된 다중 줄 스프로킷에 새 체인을 장착하면 처음부터 줄마다 하중 분포가 불균형해집니다.
기존 단일 줄 구동 장치에 두 번째 줄을 추가할 수 있습니까?
스프로킷을 교체하지 않고는 불가능합니다. 듀플렉스 체인은 정확히 인덱싱된 이빨 줄이 있는 듀플렉스 스프로킷이 필요합니다.
듀플렉스 체인이 심플렉스 체인의 용량을 두 배로 늘려 줍니까?
아니요. 체인 공급업체 자료에 나와 있는 다중 스트랜드 계수를 적용하십시오. 듀플렉스의 경우 이 값은 2보다 작고, 트리플렉스의 경우 3보다 작습니다.
트리플렉스 체인이 더 큰 심플렉스 체인보다 우수한 경우가 있습니까?
스프로킷 지름이 제한될 때, 또는 더 큰 피치를 사용하면 현저한 코드럴 액션(chordal action)이 발생할 정도로 회전 속도가 높을 때입니다. 그 외의 경우에는 일반적으로 더 큰 단일 체인이 비용 면에서 유리하고 유지보수도 간편합니다.
제 듀플렉스 체인의 한 스트랜드만 왜 더 빨리 마모되었습니까?
축 정렬 오류 또는 축 휨으로 인해 해당 스트랜드에만 과도한 하중이 가해진 것입니다. 교체용 체인을 설치하기 전에 정렬 상태를 반드시 점검하십시오. 그렇지 않으면 새 체인도 동일한 문제가 발생합니다.
마모된 한 스트랜드만 교체할 수 있습니까?
불가능합니다. 각 스트랜드는 핀을 공유하므로 분리할 수 없습니다. 전체 체인을 교체해야 합니다.
다중 스트랜드 구동 장치는 더 많은 윤활이 필요합니까?
내부 스트랜드에 윤활유가 도달하려면 윤활유가 필요하며, 이는 단일 체인을 윤활하는 것보다 더 어렵다. 드립 방식 또는 수동 윤활 시 외부 스트랜드뿐 아니라 내부 스트랜드에도 실제로 오일이 공급되고 있는지 확인해야 한다.
톈진 하오롱성예 전기 장비 유한공사(Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd.)는 경화 처리된 이빨을 갖춘 심플렉스(simplex), 듀플렉스(duplex), 트리플렉스(triplex) 스프로킷을 제조한다. 제품은 완성 보어(finished bore), 파일럿 보어(pilot bore), 테이퍼 부시(taper bush) 구성을 제공한다. 구동 토크, 회전 속도, 설치 공간 정보를 보내주시면, 다중 스트랜드 체인이 진정으로 적합한 해결책인지, 아니면 더 큰 단일 체인이 비용 면에서 더 유리한지 알려드릴 것이다.
