키, 코터, 핀의 설계

5.1 키(key)

 

 키란 축이음, 벨트 풀리, 기어 등 축과 함께 회전하는 기계부품을 축에 체결하여

토크를 전달시키기 위한 기계요소이다. 축과 보스 사이에 직사각형, 반달 모양의

단면을 가진 홈을 가공하여 이 홈에 키를 넣어 보스에 토크를 전달하는 것이다.

이와 같이 축이나 보스에 만든 홈을 키홈이라 하고 키는 사용목적에 따라 축과

보스를 고정하는 키와, 축과 키를 체결하고 그 측면을 따라 보스가 미끄러지는 키가 있다.

키의 재료는 일반적으로 축 재료보다 약간 굳은 양질의 재료로 만드는 것이 보통이나

기계구조용 탄소강 SM45C 이상, 마봉강 SM55-D 이상, 탄소단조강품 SF 55 등이 사용된다.

 

5.1.1 키의 종류와 특징

 

(1) 묻힘키 (sunk key)

 묻힘키는 가장 일반적으로 사용되는 키로서 단면모양은 정사각형 또는 직사각형이며,

그 종류는 평행키 (parallel key), 경사키 (taper key), 머리없는 경사키, 머리붙이 경사키

(gibheaded taper key) 등이 있다.

키의 상하의 면이 평행한 평행키는 축방향으로 이동할 염려가 있으므로 키의 윗면에 멈

춤나사를 끼워서 고정한다. 이와 같이 키를 미리 부착하므로 이 키를 심음키 (set key)라 한다.

심음키의 경우에는 축의 키홈에 키를 넣은 다음에 보스를 끼운다.

경사키는 키의 윗면과 보스의 키홈의 윗면에 100/1기울기를 붙여, 키를 때려 박는다. 이

와 같은 키를 때려박음키 (driving key)라 한다.

머리없는 경사키는 끼워진 다음에는 빼내기 곤란하므로 일반적으로 머리붙이 경사키가

많이 사용된다.

 

(2) 안장키 (saddle key)

 축에 키홈을 파면 축의 강도를 저하시키므로 안장키는 축에는 전혀 홈을 가공하지 않고,

보스에만 기울기 100/1의 키홈을 만들어서 키를 때려박는 키로 큰 토크는 전달할 수 없으

나 축의 강도 저하가 없고 축의 임의의 위치에 보스를 고정할 수 있는 이점이 있다.

 

(3) 납작키 (flat key)

 보스 윗면에는 기울기 100/1인 키홈이 있으나, 축에는 키폭만큼 평평하게 깎아서 키를 때

려박는다. 안장키보다 큰 토크를 전달할 수 있으나 회전 방향이 교대로 변하는 경우에는

헐거워질 우려가 있으므로 묻힘키보다는 작은 토크 전달용으로 이용된다.

 

(4) 접선키 (tangential key)

 기울기가 100/1인 2개의 키를 조합하여 축의 접선 방향으로 만든 키홈에 때려박아 그 단

면이 직사각형이 되도록 한 것이다. 축과 보스의 키홈을 묻힘키보다 깊지 않게 할 수 있고

면압력만을 받으므로 묻힘키보다 축의 강도가 저하되지 않으며 큰 토크를 전달할 수 있다.

 

(5) 케네디키 (Kennedy key)

 접선키의 일종으로 접선키와 같이 2개의 키를 조합하여 사용하며 정사각형 단면이 되도

록 한 키며 중하중 (heavy duty)용으로 사용한다.

 

(6) 반달키 (woodruff key)

 축에 반달모양의 키홈을 파고 보스에 기울기를 붙인 키홈을 만들어 축의 키홈에 키를 넣

은 다음 보스에 끼워 사용하는 키다. 이 키는 원형 부분에서 자유로이 움직일 수 있으므로

축과 보스를 잘 들어맞게 할 수 있다. 이 반달키는 자동차의 전동기 테이퍼축, 공작기계 등

에 사용하나 홈의 깊이가 크므로 축의 강도를 저하시킬 우려가 있다.

 

(7) 페더키 (feather key)

 미끄럼키 또는 안내키라고도 하며 토크를 전달하면서 보스가 축방향으로 미끄러질 수 있

도록한 기울기가 없는 키다.

 

(8) 둥근키 (round key)

 핀 구멍은 보스를 축에 끼운 상태로 구멍을 드릴로 가공하여 원형단면의 작은 핀을 때려

박는 키며 키홈 때문에 축이 손상되는 경우가 적고, 보스가 헐거워진 경우에 다시 손쉽게

죌 수 있는 이점도 있으나 큰 토크를 전달할 수 없는 것이 결함이다.

 

5.2 스플라인

 

 큰 토크를 전달할 때 축에 2개 이상의 키를 사용하는 것은 공작상 합당하지 않으며 축의

단면의 넓이가 감소되어 축의 강도를 저하시키게 된다. 이런 경우 몇 개의 미끄럼틀키를 축

과 일체로 하여 축 둘레에 등간격으로 배치한 스플라인 축 (splined shaft)을 사용하면 된다.

스플라인 축에 끼워지는 보스를 스플라인(spline)이라 한다.

 스플라인 축은 미끄럼키와 마찬가지로 회전 토크를 전달하는 동시에 축방향으로도 이동

할 수 있고, 토크를 몇 개의 키로 분담하게 되므로 큰 토크를 전달할 수 있으며 내구성도

좋다. 그러므로 기어변속장치의 축으로서 공작기계, 자동차, 항공기의 동력전달기구 등에

사용되고 있으며 단면 모양에 따라 각형 스플라인과 인벌류트 스플라인이 있다.

 

5.2.1 스플라인의 종류

 

(1) 각형 스플라인

 치면이 평행한 각형으로서 KS 규격에서는 잇수 6, 8, 10의 종류 3종류가 있다.

또 형식은 경하중용의 1형과 중하중용 2형으로 나누고 축과 구멍의 끼워맞춤 정도에 따라

보스를 축방향으로 이동시키는 활동용과 고정시키는 고정형으로 나누고 있다.

 

(2) 인벌류트 스플라인

 KS에서는 자동차용 인벌류트 스플라인이 (KS B 9201)이 규정되어 있다.

이 스플라인은 각형 스플라인에 비하여 다음과 같은 장점이 있어 자동차와 그 밖의 동력

전달기구에 널리 사용되고 있다.

1) 작동하는 경우 자동적으로 축과 동심이 된다.

2) 기어와 마찬가지로 쉽게 가공할 수 있으므로, 정밀도가 높고 생산성이 좋다.

3) 회전력을 원활하게 전달할 수 있다.

4) 이 높이가 표준 기어보다 낮으므로 이 뿌리 강도가 크고 같은 지름의 각형 스플라인

에 비하여 큰 동력을 전달할 수 있다.