새로운 애플리케이션이 토크 제한 클러치의 한계를 가져오다

테스트 스탠드(Test Stand) 애플리케이션은 토크 제한 클러치 수요가 가장 많은 분야로 마켓에서 공급되고 있는 표준 디자인으로는 쉽게 한계에 이른다. 따라서 mayr® 파워 트랜스미션은 이러한 요구에 부합하기 위해 분당 최고 16,000 회전수의 속도 값을 충족하는 새로운 토크 제한 클러치를 개발했다.

세계적인 마켓 리더인 mayr® 파워 트랜스미션은 수십 년간 로드-홀딩, 로드-분리, 토크 및 동력-제한, 마찰식 잠김, 포지티브 잠김, 마그네틱, 제어 및 전환 가능한 토크 제한 클러치 등 매우 다양한 제품라인을 공급하고 있다.

이러한 광범위한 제품 라인에도 불구하고 이 회사는 마켓에서 공급되고 있는 표준 타입 시리즈가 증가하는 요구를 충분히 만족시키지 못하기 때문에 새로운 애플리케이션에 최적화된 토크 제한 클러치를 위해 서로 다른 모든 분야의 요구를 지속적으로 수렴해 나가고 있다.

테스트 스탠드 기술은 이러한 애플리케이션 분야 중 하나다. 이 분야에서 토크 제한 클러치는 우선적으로 극도로 빠른 속도에 부합해야만 한다. 또한 백래시 없이 잘 휘어지지 않는 방식으로 토크를 전달할 수 있어야만 한다.

기계 고장의 경우에도 높은 수준의 시스템 보호가 보장되어야 한다. 고속으로 처리되는 경우, 과부하 시에 분리된 질량으로 저장된 회전 에너지가 아무 문제없이 저하될 수 있도록 잔류 토크없이 분리(이탈)되는 토크 제한 클러치가 유일한 대안이 된다.

mayr® 파워 트랜스미션은 테스트 스탠드 기술의 까다로운 요건에 부합하는 새로운 토크 제한 클러치인 타입 시리즈 EAS®-HSC 및 EAS®-HSE를 개발했다. 이 두 가지 구성 시리즈는 모두 수십 년간 가치를 인정받은 이미 입증된 디자인 원리를 기반으로 하고 있다.

고속 애플리케이션의 토크 제한 클러치 애플리케이션을 위한 기본적인 여러 가지 필수 조건 중 하나는 통합 컴포넌트 상에서 구동 라인의 최적화된 원활한 작동이 이뤄질 수 있도록 각각의 개별 컴포넌트들이 높은 평형 특성을 가져야 한다는 점이다.

속도가 증가하면, 불균형으로 인해 상당한 원심력과 진동이 야기된다. 이는 전체 테스트 스탠드 구성 상에 압박을 가하게 되며, 이로 인해 동작이 고르지 못하고, 측정 디바이스의 테스트 결과가 달라질 수 있다. 따라서 질량 불균형에 대한 최적화는 새로운 고속 클러치 개발에 있어서 최우선 과제였다.

마켓에서 공급되고 있는 표준 토크 제한 클러치와 비교해 새로운 테스트 스탠드 클러치 EAS®-HSC 및 EAS®-HSE는 수많은 기술적 특성을 제공한다. 가장 먼저 눈에 띄는 점은 매우 컴팩트한 디자인의 클러치라는 점이다. 또한 높은 성능의 밀도는 회전 질량을 감소시키고, 평탄 구동 및 기계의 역동성에 긍정적인 영향을 가져왔다.

토크 제한 클러치는 수많은 개별 컴포넌트들로 구성되며, 과부하의 경우에도 클러치 내부의 탑재된 상태에서 위치가 변경되어서는 안 된다. 이는 확실한 디자인 특성을 통해 보장된다. 또한 이 클러치는 완전히 설치된 상태에서 G2.5의 평형 특성 및 3,000rpm의 레퍼런스 속도로 균형이 유지된다.

각각의 토크 및 평형도가 완벽하게 설정된 온전한 토크 제한 클러치를 보장하기 위해 고객의 시스템 안에 통합한 이후 필요한 평형 특성을 제공하며, 고객의 샤프트와 클러치 보어(clutch bore) 간의 접합 간극은 최소화된다. 또한 마찰식 잠금방식의 샤프트-허브 연결은 백래시가 없는 토크 전달을 보장한다.

고속 클러치의 출력 플랜지에 영향을 미치는 외부 반동력은 고품질 클러치 베어링으로 흡수되기 때문에 이탈 매커니즘에 영향을 주지 않는다. 정밀한 토크 제한은 여전히 유효하다. 구동 라인에 장애가 있는 경우 토크 제한 클러치는 즉각 이탈된다. EAS-High Speed의 입력측에서 출력측은 매우 빠르게 가속이 이뤄진다. 고품질 클러치 베어링은 이러한 가속을 흡수할 수 있도록 디자인되었다.

과부하 발생 후에도 개별 컴포넌트들의 위치는 서로 변경되어서는 안 된다. 클러치가 풀린 상태에서 입력 및 출력은 상호 관계에 따라 회전된다. 따라서 처음의 위치는 재작업 이후 복구될 수 있도록 보장되어야 한다. 이 때문에 새로운 테스트 스탠드 클러치는 이탈되면서 동기식 재직결이 이뤄진다.

EAS®-HSC 상의 정상 작동되는 토크는 허브 및 출력 플랜지의 홈에 일제히 직결되어 있는 볼을 통해 전달된다. 컵 스프링은 링을 통해 볼을 미리 압박한다. 탄성력의 정도는 전달 가능한 토크와 비례한다.

또한 이 원리는 홈이 마모되는 경우에도 백래시가 발생하지 않도록 해준다. mayr® 파워 트랜스미션은 자사의 토크 제한 클러치에 하락 특성 곡선을 가진 컵 스프링을 사용한다. 이는 토크가 미리 설정된 이탈 값에 도달할 때까지 휘어지지 않고 전달됨을 의미한다. 과부하의 경우 스프링 사전 장력은 감소되고, 클러치는 정밀하게 이탈된다.

이탈된 이후 특수 이탈 매커니즘이 클러치가 이탈된 상태로 유지되도록 해준다. 구동 라인은 아무런 문제없이 감속이 가능하다. 정지된 시간 동안 구동 라인에 부정적인 영향을 미칠 수 있고, 특히 토크 측정 디바이스에 문제를 일으킬 수 있는 직결로 인한 영향은 없다.

토크 전달 장치는 재직결이 이탈된 위치에서만 가능하도록 설계되었다. 이는 클러치의 개별 컴포넌트들이 동작하는 동안 항상 서로 동일한 각위치에 있고, 평형 특성이 유지됨을 의미한다. 특수 이탈 매커니즘은 심각한 동력 소모 없이 쉽고 빠른 재직결이 가능하도록 해준다.

EAS®-HSE의 개별 과부하 요소들은 포지티브 잠금방식을 통해 토크를 전달한다. 과부하의 경우 이러한 과부한 요소들은 안정된 전원 차단 및 반복적인 정확도로 잔류 토크가 거의 없이 입출력을 분리하고 이탈시킨다.

시스템에 저장된 회전 질량의 운동 에너지는 자유롭게 낮출 수 있다. 이러한 요소들은 자동으로 재직결되지 않는다. 수동으로 혹은 디바이스를 통해 재직결될 때까지 분리된 채로 유지된다. 평형 특성을 유지하는 동기식 재직결을 위한 위치는 클러치에 정확하게 표시된다.

이 새로운 테스트 스탠드 클러치는 고객측의 요소들이나 비틀림없는 싱글-접합 혹은 더블-접합 디스크 팩 커플링 부착을 위한 플랜지 디자인으로 공급된다. 전형적인 2-축 연결과 더불어 mayr® 파워 트랜스미션은 표준 측정 플랜지의 직접 통합을 위해 어댑터 플랜지를 제공한다. 이는 전반적으로 매우 컴팩트한 디자인을 가능하게 해준다.

EAS®-HSC 타입 시리즈는 공칭 토크 범위가 5~1,000Nm에 이르며, 5개의 구성 시리즈로 되어 있다. 크기에 따라 6,000 ~ 12,000rpm 속도까지 허용된다. EAS®-HSE 타입 시리즈는 지금까지 500 ~ 5,700Nm 토크 값 범주에서 3개의 사이즈로 개발되었다. 4개의 추가 사이즈가 개발될 계획이다. 모든 것을 갖추고 있는 타입 시리즈는 300 ~ 25,000Nm의 토크 값과 최고 16,000rpm 속도를 커버할 수 있다.

이러한 특성들 때문에 새로운 토크 제한 클러치인 EAS®-HSC 및 EAS®-HSE는 테스트 스탠드에만 적합한 것이 아니라 다른 모든 고속 드라이브 중단 애플리케이션을 위한 완벽한 솔루션이다.

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아이씨엔 매거진 2013년 02월호