체인과 스프로킷의 개요 및 장단점

1. 체인과 스프로킷의 개요 및 장단점

체인 전동장치는 체인(chain)을 스프로킷 휠(sprocket wheel)의 이(齒)에 걸어서 서로 맞물려 돌아가는 힘으로 동력을 전달하는 장치이다. 전동용 체인 중에서 대표적이며 가장 많이 사용되고 있는 것이 RS 롤러 체인이다. 롤러 체인은 강도가 크기 때문에 ‘중부하 저속’의 동력 전달시에 적합한 기계요소이다.

■ 전동 요소 비교표

전동의 종류	롤러 체인	이붙이 벨트	V 벨트	기어
전동효율	◎	◎	△	◎
동 기 성	◎	◎	×	◎
내충격성	△	○	◎	×
소음 및 진동	△	◎	◎	×
윤 활	필요	불필요	불필요	필요

◎ : 우수 ○ : 양호 △ : 보통 × : 불량

2. 롤러 체인 전동의 장점

1) 큰 감속비를 얻을 수 있다(일반적으로 1:7 이내가 바람직하다).
2) 축간 거리(일반적으로는 4m 이하)를 길게 설계할 수 있고, 링크의 수를 조절하여 축간 거리를 늘이거나 줄일 수 있다.
3) 여러 축의 전동이 가능하며 체인의 양쪽 면을 사용하는 것이 가능하다.
4) 조립 및 분해가 용이하며 수명이 길다.
5) 동일한 토크내에서 벨트에 비해 스프로킷 지름을 작게 할 수 있다.
6) 힘의 전달시 많은 잇수에 의해 전달되므로 스프로킷 이의 마모는 기어에 비해 유리하다.
7) 기어에 비해 충격 흡수 능력이 좋다.

3. 롤러 체인 전동의 단점

1) 스프로킷(sprocket)의 다각형 운동으로 인한 속도의 변동이 있다. 즉, 체인 전동은 정다각형 풀리와 벨트의 조합처럼 생각할 수 있기 때문에, 구동 스프로킷이 등속 회전을 한다 해도 속도에 변동이 발생한다. 속도의 변동이 클수록 양호한 전동은 불가능하다.

2) 동력 전달시에 속도에 따른 윤활 방법이 필요하다.
3) 센터링(centering), 축의 평행도에 주의할 필요가 있다.
4) 스러스트(thrust) 하중에 약하다.
5) 링크(link)의 피치(pitch) 단위로 치수를 조절하여야 한다.

4. 롤러 체인의 선정 방법

롤러 체인을 선정하는 데에는 세 가지 방법이 있다. ‘일반 선정’과 ‘저속 선정’ 그리고 ‘기대 수명 선정’이다. ‘일반 선정’은 일반적으로 널리 사용되고 있는 표준적인 선정 방법으로 제조사의 카탈로그 상에 기재되어 있는 체인의 전동 능력표를 보고 작은 스프로킷의 잇수와 회전수(rpm)의 교차점으로 전동 능력을 구하여 선정하는 방법을 말한다.

‘저속 선정’은 해당 체인의 최대 허용 하중을 최대(max)로 사용하는 선정법으로, 체인 속도가 50m/min 이하의 범위내에서 사용된다. 예를 들어 체인에 걸리는 부하장력을 정확하게 검토 및 계산하여 640kgf라는 값을 구했다고 하면, 최대 허용 하중 650kgf과 대비해서 거의 100% 가까이 되기 때문에 RS 50 체인을 사용한다. 만약 구한 장력의 값이 850kgf라고 한다면 1링크 큰 RS 60의 사용을 고려해 본다.

‘기대 수명 선정’은 일정 기간(예를 들어 6개월, 12개월 등) 사용을 하고 나면 그 장비를 폐기해도 좋은 경우 등에 사용한다. 일반 선정이나 저속 선정의 경우, 체인이 파단되지 않는다는 전제하에서 선정하므로 큰 체인을 필요로 하게 되지만, 기대 수명 선정에서는 SN곡선에 근거하여 부하 장력을 체인의 최대 허용 하중 이상으로 사용하기 때문에 작은 체인을 사용할 수 있어 경제적이긴 하나 이 방법은 가해지는 하중의 상태를 보다 정확하게 알아야 할 필요가 있고, 내용이 복잡하여 체인의 제조사에 문의 및 협의하는 것이 바람직하다. 참고로 롤러 체인의 최대 허용 장력이라 함은 피로한도를 하한값으로 한 것이다. 이 하한값 이하의 하중으로 반복해서 부하를 걸어도 롤러 체인은 피로 파괴를 일으키지 않는다.