4.3 종방향의 홈

Longitudinal Grooves

 

Keyway, Spline과 같은 종방향의 홈은 축이 비틀림 하중을 받을 때 손상되는데, 일반적으로 이들 손상은 응력 집중으로 인해 날카로운 모서리에서 작은 균열이 시작되는 곳에서의 피로 파괴로 일어난다. 균열은 단면이 부서질 때까지 응력이 반복됨에 따라 점점 커진다. Keyway의 날카로운 모서리는 평균 공칭응력의 10배정도 국부응력을 발생한다.

둥근 Key가 사용 가능한 곳에서 반쪽 둥근 Keyway를 사용하거나 Keyway에 완만한 Fillet 반경을 사용함으로서 이런 종류의 손상을 피할 수 있다. Keyway 깊이의 약 1/2이 되는 반경을 갖는 Fillet을 사용하면 좋은 결과를 얻는다. 반조각의 둥근 Keyway는 평균응력의 2배 정도의 국부응력을 발생하므로 사각 모양의 Keyway보다 큰 하중을 전달한다. 사각의 Keyway를 갖는 많은 축은 응력이 낮거나 완만한 반경의 Fillet을 사용하기 때문에 운전중 파괴되지 않는다.

그림 2-12는 Keyway이나 Spline을 갖는 축의 응력장(Stress Field)과 이에 상응하는 비틀림 피로균열을 나타내며, 그림 2-12a는 Keyway 한 모서리의 Fillet은 곡선인 반면 다른 쪽 Fillet은 한 개의 균열이 생기는 날카로운 형태를 보인다. 여기서 주시해야 할 것은 이 균열은 초기 응력장에 거의 수직으로 발달한다는 것이다. 그림 2-12b의 Keyway의 날카로운 양쪽 Fillet은 응력장에서 균열의 Cross 효과가 일어나는 조건인 원래 응력장을 따르지 않는 2개의 균열을 발생시킨다. 그림 2-12c에서는 교번 비틀림을 받는 Spline 축은 Spline 바닥 모서리를 따라 발달한 균열을 볼 수 있는데, 이것은 국부적으로 높게 분포한 응력장이 균열의 성장에 영향을 크게 미치는 예이다.

그림 2-12 Keyway나 Spline을 갖는 축의 비틀림 피로 균열과 응력장

 

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